葉子上的微小氣孔，叫做氣孔，對我們星球的狀態(tài)有很大的影響。植物通過氣孔吸收二氧化碳，二氧化碳混合成碳水化合物并釋放氧氣。但是它們也會通過開放的氣孔失去水分，這可能會在干燥的條件下威脅植物的生命。
因此，植物發(fā)展了復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，優(yōu)化氣孔的開放寬度以匹配環(huán)境條件。它們可以打開或關(guān)閉這些洞，以響應(yīng)光、二氧化碳和水的可用性的變化。負(fù)責(zé)這種監(jiān)督的信號路徑是如何發(fā)展的？目前，植物科學(xué)家賴納赫德里奇的團(tuán)隊正在德國巴伐利亞州的朱利葉斯-馬克西米利安大學(xué)(JMU)進(jìn)行研究。
“我們目前正在收集和分析來自不同植物物種的數(shù)據(jù)，”Hedrich教授說。他解釋說，這項研究也與農(nóng)業(yè)有關(guān)：“關(guān)于這些信號通路進(jìn)化的知識可以用于培育可以少用水生長的作物。”畢竟，通過灌溉系統(tǒng)供應(yīng)給植物的大部分飲用水通過氣孔消失了。鑒于氣候變化，能夠很好地應(yīng)對干旱的植物品種備受追捧。
重建重要基因的歷史
在《植物科學(xué)趨勢》雜志上，JMU的研究人員弗朗西絲蘇斯邁希博士、約爾格舒爾茨教授、黑德里奇教授和羅布羅爾夫塞馬博士總結(jié)了植物調(diào)節(jié)水平衡的信號通路的現(xiàn)有知識。
rzburg團(tuán)隊重建了控制開花植物葉片氣孔運(yùn)動的重要基因的進(jìn)化歷史。原來，這些基因大部分屬于所有植物群體中發(fā)現(xiàn)的舊基因家族，包括綠藻。這些基因家族可能是在第一批植物在這片土地上定居之前發(fā)展起來的。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，只有在種子植物或開花植物發(fā)育完成后，才能從蕨類植物的共同祖先中分離出一些控制葉片氣孔響應(yīng)光和二氧化碳而打開和關(guān)閉的特定基因。
保護(hù)細(xì)胞中的特定信號基因可以被調(diào)節(jié)。
在他們的工作中，JMU科學(xué)家密切關(guān)注植物的保衛(wèi)細(xì)胞。這兩個細(xì)胞圍繞著每個葉片孔。當(dāng)保護(hù)性細(xì)胞中的液壓升高時，氣孔打開。如果壓力降低，氣孔就會關(guān)閉。
在開花植物的保衛(wèi)細(xì)胞中，一些關(guān)鍵信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因的產(chǎn)物具有獨(dú)特的性質(zhì)，或者其濃度遠(yuǎn)高于周圍葉細(xì)胞的濃度。這些基因的特異性對于控制保護(hù)細(xì)胞中的液壓可能是重要的。
研究人員還利用苔蘚酸漿菌專利的現(xiàn)有數(shù)據(jù)檢查了相關(guān)基因?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，感興趣的苔蘚基因沒有一個是氣孔組織特有的，但所有這些基因也在沒有這些氣孔的組織中表達(dá)，”Frances Sussmilch說。Roelfsema和rgSchultz補(bǔ)充道：“在發(fā)育中的植物和祖先共享苔蘚分化后，在植物進(jìn)化的后期，保衛(wèi)細(xì)胞中具有特定功能的信號基因可能會出現(xiàn)?！?
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