Osjade õhulõhed avanevad ja sulguvad senise elukogemuse toel
Maismaataimedel arenesid veevaeses keskkonnas ellujäämiseks õhulõhed, mida vastavalt vajadusele avada või sugeda. Seni pole aga päris selge, kuidas see võime taimerühmati välja kujunes. Tartu Ülikooli teadlased näitasid nüüd esimest korda, et ka ürgtaimedest osjad suudavad õhulõhesid liigutada, kui nende senine elukaar on andnud selle oskuse kasutamiseks põhjust, kirjutatakse Novaatoris.
Alates maismaa asustamisest sadu miljoneid aastaid tagasi on taimed mõjutanud elu kulgu maapinnal. Maale kolimise käigus tekkisid taimedel õhulõhed – kahest sulgrakust moodustunud reguleeritava avausega mikropoorid taimelehtede pinnal. Need avaused aitavad taimel tasakaalustada kaht üliolulist füsioloogilist protsessi: CO2 omastamist fotosünteesiks ja aurumisest tingitud veekadu.
Kui taimedel on piisavalt vett ja valgust, siis õhulõhed on avatud ning taimed panustavad CO2 omastamisse ja fotosünteesi. Vastupidi, ebasoodsamates oludes sulgeb taim oma õhulõhed, et piirata veekadu ja kindlustada ellujäämine. Nüüdseks on selge, et seda tasakaalu reguleeritakse molekulaarsete signaalradadega. Need rajad tajuvad CO2 sisaldust taimelehes, aga ka abiootilist stressi, nagu põuda, kõrget soolsust ja temperatuuri, ning biootilist stressi, näiteks patogeene.
Õhulõhede sulgumise-avanemise regulatsioon on sadade miljonite aastate vältel toimunud evolutsiooni tulemus. Taimebioloogid on aastakümneid otsinud vastust küsimusele, kuidas õhulõhede regulatsioon on aja jooksul muutunud.
Veepuudusega hakkama saamiseks on evolutsiooniliselt noorematel õistaimedel tekkinud stressihormoon abstsiishappe (ABA) toimel õhulõhesid sulgev signaalirada. Uurides ürgsemate taimegruppide esindajaid, näiteks sõnajalgu ja samblaid, leiti 2000. aastate alguses, et nende õhulõhed on ABA suhtes tundetud. Sellest järeldati, et õhulõhede aktiivne ABA-toimeline sulgumine tekkis taimede evolutsiooni käigus. Järgnevad tööd sammalde ja sõnajalgadega näitasid siiski, et ka nende õhulõhed sulguvad ABA toimel.
Äsja ajakirjas New Phytologist avaldatud Tartu Ülikooli tehnoloogiainstituudi teadlaste Egon Meigase, Benelote Uusküla ja Ebe Merilo artikkel on panus arutellu teemal, millal maismaataimed omandasid aktiivse, ABA-st sõltuva õhulõhede regulatsiooni. Oma töös uurisid nad osjasid, ürgseid sõnajalgadega samasse gruppi kuuluvaid pika evolutsioonilise ajalooga soontaimi.
Osjade lehed on piklikud ja mitmetahulised ning ende õhulõhed suured ja saaterakkudega. Uurides kolme Eesti osjaliigi ehk põld-, aas- ja metsosja maapealsete võrsete gaasivahetust selgus, et ka nende õhulõhed on võimelised reageerima ABA-le. Tegemist on kirjanduse andmetel esimese korraga, mil tuvastati ja mõõdeti osjade õhulõhede ABA-tundlikkust.
Samas ei reageerinud osjad ABA-le alati, vaid ainult umbes pooltes katsetes. See kinnitab varem sammalde ja sõnajalgade puhul leitut, et ürgsemate taimede õhulõhede ABA-vastus sõltub sellest, kas vastav signaalrada on kindlates oludes piisavalt tundlik ABA suhtes. See omakorda on suure tõenäosusega seotud taime molekulaarse mäluga: kas taime senine elu on toonud kaasa mingi varasema ABA-kogemuse ja muutnud seeläbi vastavaid signaalraja komponente tundlikumaks.
Uuringu põhjal võib öelda, et kuna iga maismaataimede grupi vähemalt ühes liigis on leitud õhulõhede aktiivne regulatsioon, oli õhulõhede ABA-tundlikkus olemas juba maismaataimede ühises eellases. Mida enam maismaataimed kohanesid ja arenesid, seda kiiremaks ja täpsemaks õhulõhede regulatsioon muutus – see andis taimedele kiiresti muutuvates keskkonnatingimustes aina enam eeliseid.
Õhulõhed on värav kogu taimekasvule maismaal. Teadmine, kuidas mingi protsess on evolutsioonis välja arenenud, aitab paremini mõista selle protsessi toimimise tausta. Muu seas selgitab see, millises suunas on õhulõhede signaalradade komponendid ajas muutunud ja kuidas see on parandanud taime kohanemist keskkonnaga, millised geenimutatsioonid on põhjustanud vastavate valkude aktiivsuse muutumist ja mil moel. Kõike seda teades on võimalik muuta ka meile eluliselt olulistes taimedes füsioloogilisi protsesse, neid kas täiustades või muutes tundlikumaks/tundetumaks valitud keskkonnafaktoritele.
Osjade õhulõhede ABA-tundlikkuse tuvastamine võimaldab järeldada, et õhulõhede aktiivne regulatsioon on olemas kõigis maismaataimede rühmades. Siiski sõltub selle avaldumine nii-öelda eelneva elu sabast, mis määrab, kas ABA signaalrada on konkreetses taimes hormoonile tundlik või mitte. Edasised uuringud võiksid selgust tuua küsimusse, millised keskkonnaolud panevad õhulõhede ABA-tundlikkuse ürgsetes taimedes avalduma.
