植物比以前认为的更早地进化出主动控制水分流失的能力

新研究阐明了植物何时首次进化出对周围空气中不断变化的湿度做出反应的能力，这可能是开花植物和蕨类植物共同祖先的特征。

调节机制的关键是叶子表面的微小孔洞，称为气孔。这些使植物能够调节作为光合作用燃料的 CO2气体的吸收，以及水蒸气的损失——一种持续的平衡行为，需要孔隙根据不断变化的条件打开和关闭。这种能力对农业很重要，因为它可以帮助作物使用更少的水来生长。

大约 4.5 亿年前，植物从水体迁移到陆地后不久就首次进化出气孔，但科学家们仍然不确定它们所采取的进化途径以及植物能够选择打开还是关闭气孔以响应他们的环境。

在最近进化的植物——开花植物中，响应干旱的气孔关闭是由许多内部信号主动触发的，包括一种称为脱落酸 (ABA) 的激素，但科学家们一直在努力了解这种机制是否也存在于较老的植物群。在发表在Current Biology 上的一项新研究中，伯明翰大学的研究人员发现了证据表明蕨类植物Ceratopteris richardii使用类似的信号主动关闭其气孔。

这种半水生的热带蕨类植物最近成为探索蕨类植物家族发育遗传控制的第一个模型，现在正在帮助科学家解开最早的陆生植物(苔藓、苔类和金鱼草)与主导当今生态系统的现代开花植物。

该团队使用 RNA 测序技术来确定不同气孔反应背后的遗传机制，并能够证明蕨类植物在应对低湿度或响应 ABA 时关闭气孔的能力涉及已知控制开花植物气孔的基因拷贝。

结果表明，蕨类植物和开花植物都使用类似的气孔闭合方法进化。这表明这些机制至少以某种形式存在于两组最后一个共同祖先的气孔中。

伯明翰大学生物科学学院和伯明翰森林研究所的 Andrew Plackett 博士与布里斯托大学和牛津大学的小组合作领导了这项研究。他说：“我们知道植物在进化史上的大部分时间里都拥有气孔，但植物能够主动打开和关闭它们的进化点一直存在争议。

“我们已经能够证明在开花植物中发现的相同的主动闭合机制也存在于蕨类植物中，蕨类植物是一种更古老的植物群。能够更好地了解这些机制在植物进化过程中是如何变化的，这为我们提供了有用的工具来更多地了解它们的工作原理。这对于帮助我们的作物适应未来的环境变化非常重要。”

布里斯托尔大学的 Alistair Hetherington 说：“这项新工作证实，最早的植物能够主动控制它们通过叶片表面称为气孔的微型阀门状结构流失的水分。这很重要，因为它表明允许气孔打开和关闭的细胞内机制存在于最早的陆生植物中。研究还表明，气孔是主动反应还是被动反应取决于植物生活的环境。”

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