تکامل مسیرهای سیگنالینگ روزنه‌ ای در گیاهان

روزنه‌ها که منافذ کوچک روی برگ‌ها هستند، تاثیر به‌ سزایی بر وضعیت سیاره ما دارند. گیاهان از طریق روزنه‌ها CO_۲ را جذب کرده و به کربوهیدرات و اکسیژن تبدیل می‌کنند. اما از طریق این منافذ آب هم از دست می‌دهند که این امر به نوبه خود تهدید کننده حیات آن‌ها در شرایط خشکی است. به همین منظور گیاهان مسیرهای سیگنالینگی را ایجاد کرده‌ اند که اخیراً چگونگی تکامل این مسیرها مورد بررسی قرار گرفته است.

پروفسور Hedrich توضیح می‌دهد که این تحقیق برای کشاورزی نیز اهمیت دارد؛ “ما در حال حاضر داده‌هایی از گونه‌های مختلف گیاهی جمع‌آوری و آنالیز کرده‌ ایم. کسب اطلاعاتی در مورد تکامل این مسیرهای سیگنالینگ، می‌تواند به تولید گیاهانی که با آب کم‌تر رشد می‌کنند، کمک کند.” در عین حال، بیش‌تر آب آشامیدنی که برای آبیاری گیاهان استفاده می‌شود، از طریق روزنه‌ها از دست می‌رود. در نتیجه با توجه به تغییرات اقلیمی، گونه‌های گیاهی که به خوبی قادر به مقابله با خشکی باشند، مورد توجه بوده و از اهمیت زیادی برخوردارند.

در این مطالعه، ابتدا محققان اطلاعات موجود در ارتباط با مسیرهای سیگنالینگی که گیاهان برای تنظیم تعادل آب خود استفاده می‌کنند، جمع آوری و خلاصه کردند. سپس تکامل ژن‌های کنترل کننده حرکات منافذ برگ در گیاهان گلدار از نو مورد بررسی قرار گرفت. محققین دریافتند که بیش‌تر این ژن‌ها متعلق به خانواده ژنی قدیمی هستند که در همه گروه‌های گیاهی از جمله جلبک‌های سبز وجود دارند. احتمالاً این خانواده ژنی قبل از اینکه اولین گیاهان در زمین ساکن شوند، به وجود آمده است.

آن‌ها هم‌چنین دریافتند که برخی از ژن‌های خاصی که باز و بسته شدن منافذ برگ را در پاسخ به CO_۲ و نور کنترل می‌کنند، احتمالاً پس از اینکه در طی تکامل از یک جد مشترک با سرخس‌ها جدا شده‌ اند، تنها در گیاهان دانه‌ دار و گیاهان گل‌دار ایجاد شده‌ اند.

در این مطالعه، سلول‌های نگهبان روزنه نیز به طور ویژه ای مورد بررسی قرار گرفتند. این دو سلول، هر منفذ برگ را احاطه می‌کنند. هنگامی‌ که فشار هیدرولیکی در سلول‌های نگهبان افزایش می‌یابد، منافذ باز و اگر کاهش پیدا کند منافذ بسته می‌شوند.

در سلول‌های نگهبان گیاهان گلدار، نسبت به سایر سلول‌های برگ، محصولات ژن‌های کلیدی مرتبط با سیگنالیگ، خصوصیات منحصر به فردی دارند یا در غلظت‌های بسیار بالاتری یافت می‌شوند. خصوصیت این ژن‌ها احتمالاً برای کنترل فشار هیدرولیکی در سلول‌های نگهبان، دارای اهمیت است.

محققان ژن‌های مربوطه را با استفاده از داده‌های موجود برای خزه Physcomitrella patens بررسی کرده‌اند. Frances Sussmilch می‌گوید: “ما متوجه شدیم که هیچ کدام از ژن‌های این خزه برای بافت دربرگیرنده روزنه تخصصی نشده اند اما در عوض تمامی ژن‌ها در بافت‌های فاقد این منافذ بیان می‌شوند.” Rob Roelfsema و Jorg Schaltz افزودند: “ژن‌های سیگنالینگ با وظایف خاص در سلول‌های نگهبان احتمالاً بعدها در طی تکامل بعد از واگرایی خزه‌ها از یک جد مشترک با گیاهان گلدار ظهور پیدا کرده‌اند.”