Causes and consequences of stomatal density in relation to atmospheric humidity

See dissertatsioon uurib taimede õhulõhede, peamiselt nende tiheduse seoseid õhuniiskusega. Õhulõhed on mikroskoopilised suletavad avad taimelehes, mille kaudu taim laseb õhku fotosünteesivate rakkude juurde, püüdes seejuures aurumise läbi mitte liialt vett kaotada. Õhulõhede läbilaskvuse määrvad korraga nii nende avatus (mis minutitega muudetav) kui ka tihedus (mis arengu käigus paika pandud). Üks meie uuringute strateegia tegeles õhulõhede tiheduse ja avatuse üheaegse geneetilise manipuleerimisega, püüdes otsida keskkonnast (õhuniiskusest) sõltuvat optimaalset kombinatsiooni. Näitasime, et selline kombineerimine on vabalt võimalik, aga õhulõhede liig paneb taimele tema varases arengus suure koorma, mis kasvu universaalselt aeglustab. Seejuures demonstreerisime, et see kasvuhäire ei ole vähemalt otseselt veekaotusega seotud, sest taimeliinid, millel on raskusi enda õhulõhede sulgumisega, ei näidanud sarnast kasvu aeglustumist. Õhulõhed paiknevad tüüpiliselt, paljudel taimeliikidel eranditult, lehe alaküljel. Siiski on mitmeid liike, millel õhulõhesid leidub arvukalt ka üleküljel. Õhulõhede arengut juhtivates geneetilistest mehhanismidest on teada mõndagi, aga miski sellest ei seleta ära lehe külgede erinevusi, ammugi õhulõhede täielikku puudumist seal mõnedel liikidel. Oma uurimustega liikusime mõned sammud mõistatuse lahendusele lähemale, näidates süstemaatiliselt, millised õhulõhede arengut kontrollivad geenid mõjutavad lehe külgi erinevalt ja millised ühtviisi. Kaevusime ka õhulõhede tiheduse ja suuruse seostesse, näidates, kuidas üldine “rohkem tähendab väiksemaid” seos kehtib sarnaste taimede keskkonnaga mõjutamisel, aga kaob, kui õhulõhede arengul geneetilised pidurid eemaldada. Nendes uuringutes tegelesime müürloogaga, mis majandusliku tähtsuseta, aga kergestikäsitsetava taimeliigina on füsioloogiliste ja geneetiliste uuringute esimene samm. Nende tulemuste põllutaimedel kontrollimine, et värskeid teadmisi praktikas rakendada, on juba hoogsalt käsil. This thesis studies plants’ stomata, primarily their density relations with air humidity. Stomata are microscopic closeable holes in the plant leaf, through which the plant lets in air to photosynthesizing cells, while trying trying to keep water loss under control. Stomatal permeability to air is determined by their openness (which can change in minutes) and their density (fixed during development). One of our study strategies was simultaneous genetic manipulation of density and openness of stomata, lookinf for an optimal combination depending on the environment. We showed that such combining is freely possible, but the overabundance of stomata puts a burden on the plant in its early growth, universally slowing down growth. We also demonstrated that this growth disorder is not a direct consequence of water loss, because plant lines which struggle to close their stomata did not show a similar loss. Stomata are in many plant species exclusively located on the underside of the leaf. However, there are many species with stomata on the upper leaf side as well. A lot is known about the genetic mechanisms that drive the development of stomata, but nothing of it conclusively explains the differences between leaf sides, let alone the complete lack of them in some species. With our research, we moved a few steps closer to the solution, systematically showing which genes that control stomatal development affect the leaf sides differently. We also dug into the relationship between stomatal density and size, showing how the general “more means smaller” relation applies between similar plants, but disappears when genetic brakes are removed from stomatal development. In these studies, we dealt with Arabidopsis, which, while economically unimportant, is an easy-to-handle plant species and the common first step for physiological and genetic studies. Our research group is busily verifying these results on crops, looking for ways to put the gained knowledge into practical use in agriculture.

Author

• Tulva, Ingmar

• doktoritööd

Identifier

hdl:10062/116590

OAI identifier oai:identifier

oai:dspace.ut.ee:10062/116590