Интеграция физиологии и морфологии устьиц: эволюция устьичного контроля и создание сельскохозяйственных культур будущего

Устьица играют центральную роль в гидрологическом и углеродном циклах, регулируя поглощение углекислого газа (CO₂) для фотосинтеза и транспирационную потерю воды (H₂O) между растениями и атмосферой. Необходимость поддерживать равновесие между потерей воды и поглощением CO₂ сыграла ключевую роль в эволюции растений и приобретает всё большее значение в условиях более жаркого и сухого климата. Газообмен CO₂ и водяного пара через поверхность листа определяется морфологией эпидермиса и устьиц — числом, размером и расстоянием между устьичными порами — а также физиологией устьиц, то есть регуляцией ширины устьичной щели в ответ на условия окружающей среды. Доля эпидермиса, приходящаяся на устьица, и эволюция амфистоматии связаны с физиологической функцией устьиц. Кроме того, взаимосвязь между плотностью устьиц и концентрацией CO₂ опосредуется физиологическим поведением устьиц: виды с менее отзывчивыми к свету и концентрации CO₂ устьицами, вероятнее всего, регулируют закладку устьиц. Различия в чувствительности взаимосвязи между плотностью устьиц и концентрацией CO₂ у разных видов влияют на эффективность «устьичного метода», широко применяемого для реконструкции палеоатмосферной концентрации CO₂, при которой формировались ископаемые листья. Во многих исследованиях физиологию или морфологию устьиц изучали изолированно, что может приводить к утрате целостного представления, поскольку эти признаки функционируют согласованно, формируя различные механизмы устьичного контроля. Учёт взаимодействия морфологии и физиологии устьиц необходим для понимания эволюционной истории растений, их ответов на продолжающееся изменение климата, а также для создания более продуктивных и климатоустойчивых пищевых и биотопливных культур.