Что влияет на строение устьиц

Для газообмена высшие растения используют специальные поры — устьица. Именно через эти органы, находящиеся в эпидермисе листа, растения испаряют влагу, а также выделяют кислород и углекислый газ. Хотя устьица нужны всем высшим растениям, особенности их строения и функционирования у разных могут отличаться.

Сотрудники Токийского университета обратили внимание на то, что расположение устьиц у водных видов (а конкретнее — у представителей рода Болотник) отличается от такового у растений, не погруженных в воду, в частности, у резуховидки Таля — самого распространенного растения, используемого в исследованиях.

Когда исследователи первый раз увидели необычное строение устьиц у болотника, они предположили, что это особенность рода, не связанная с условиями обитания. Однако другой вид болотника, произрастающий на суше, гораздо больше был похож не на своих водных собратьев, а на другие наземные растения, с которыми он не связан генетически.

В ходе наблюдений было обнаружено, что у водных растений устьица и клетки вокруг них были сравнительно однородны по размеру, в то время как у наземных видов, листья которых не соприкасаются с водой, размеры клеток отличались.

Когда исследователи решили понять генетическую основу такого различия, выяснилось, что и те, и другие растения используют одни и те же гены для развития устьиц, но активируют их в разное время. Эти гены называют SPEECHLESS и MUTE. Первый ген отвечает за рост и деление клеток, а второй запускает дифференциацию, блокируя работу первого. Используя специальные флуоресцентные метки, ученые отследили, как и когда активизируются эти гены у разных групп растений.

У представителей болотника, обитающих на суше, ген MUTE был активен в клетках всех возрастов, в то время как у водных видов он равномерно экспрессировался в более старых клетках, что вызывало задержку в формировании устьиц.

Ученые предположили, что такая «отсрочка» в формировании жизненно важных органов связана с условиями среды. Растение будто дает себе время оценить ситуацию и определить, будет лист погружен в воду или нет. Если листовая пластина будет находиться в воде, там не будет активного газообмена, а значит, будет сформировано меньше устьиц, и наоборот.

Это исследование еще раз доказывает, что на строение растения и его органов влияют не только гены, но и среда, и даже родственные виды могут сильно отличаться, если произрастают в разных условиях.