一名博士生发现了一个长期被忽视的模式，即植物如何进化出相当于肺的器官——叶子表面的微小气孔。研究人员利用专门的成像技术和一种在实验室中不常见的植物物种，称这一发现揭示了陆地植物和水中植物在进化过程中的一个关键区别。
“我觉得这真的很有趣，这对我来说是一个很大的惊喜。我记得很清楚，杏耀历史在地下室的显微镜室观察之后，我冲上楼告诉古贺博士我的发现，”在助理教授古贺博之指导下就读于东京大学科学研究生院的一年级博士生Doll回忆道。
“当然，我和任何科学家都能看出气孔是不同的，但我们很容易忽略它，感觉不到任何模式。当我听说了玩偶的发现，我也很兴奋，并与他讨论我们应该深入这个主题，”古贺说。(Kun是日语中低级男子名字的敬语后缀。)
当气孔打开时，二氧化碳、氧气和水蒸气可以进出叶片进行光合作用和呼吸作用。人工控制气孔的数量是在变化的气候中保持作物健康的一种可能的方法。
UTokyo的团队研究了多种类型的卡利特里奇属植物，包括陆生和水生物种。
Koga说:“卡利特里奇是一种有趣但很小的植物群体，我们是世界上唯一将其用于发育生物学研究的植物。”
多尔回忆起他第一次观察植物的经历，他说:“当我开始分析水百合的气孔分布模式时，我觉得气孔的排列方式与我本科时在实验室常见物种拟南芥(Arabidopsis)中所学的不一样。我的印象是，这种奇怪的模式一定适用于所有的花萼,但我想，没关系，拟南芥和花萼来自非常不同的进化谱系，所以它们的不同是很自然的。然后我分析了一种陆地上的卡利特里奇，我发现它看起来更像拟南芥。”
具体来说，Doll注意到水生植物叶片表面的气孔及其周围的细胞比陆生植物叶片上细胞大小的变化要均匀得多。
这两种进化上密切相关的植物具有不同的气孔发育模式，暗示了它们在陆地或水中的生活条件可能调节气孔发育的可能性。
古贺和其他实验室成员此前已经完善了一种方法，可以在完整的植物叶片上可视化每个单个细胞的基因活动。全mount荧光原位杂交技术并不是新技术，但在不将植物切成超薄薄片的情况下使用这些分子生物学工具是困难和不寻常的。
从陆地和水生的卡利翠叶上采集到的图像证实了这两种植物使用了相同的两个基因来发育它们的气孔，但这些基因在不同的时间处于活跃状态。
在几乎所有的植物中，无语基因促进新生叶片表面的一组细胞的生长和分裂。最终，沉默基因在这些细胞中变得活跃并阻止沉默，导致这些细胞停止分裂，然后分化为气孔。通过将人造荧光标记与这两个基因结合，研究人员可以在单细胞分辨率上看到沉默基因被抑制和沉默基因被激活的情况。
在陆地上的卡利特里赫细胞中，研究人员发现哑巴在不同年龄的细胞中都有表达。哑巴仅在较老的水生物种细胞中表达更为均匀，似乎跳过了分裂阶段，
杏耀的体会 ，并有一个协调的延迟，直到叶片发育后期才激活哑巴。
研究人员怀疑，水生物种进化到延迟气孔的形成，以便等待，杏耀起源并判断新叶子是完全淹没在水中，还是在水线以上。在水下，气体交换效率较低，因此在水下的叶片气孔通常比在空气中的叶片少。
对于对环境压力和进化遗传学关系感兴趣的进化生物学家来说，这一发现令人兴奋，但它也与未来在变化或不可预测的环境中种植作物有关。
“通常的假设是近亲物种有相似的气孔发育模式，但我们的关键发现并非如此，”Koga说。
相反，研究人员说，他们的新结果表明，一个物种的生活环境是选择气孔发育模式的重要进化力量，而不仅仅是物种的遗传祖先。
通过了解导致物种间无语和沉默表达的灵活控制的完整遗传途径，科学家可能能够预测哪种作物的进化谱系更有可能优化它们的气孔在变化的气候中生长。
