Движение растений издавна увлекало многих исследователей. Бобовые — это группа растений, известная тем, что демонстрирует различные движения листьев, в том числе «никтинастические движения», при которых листья открываются днем и закрываются ночью. Подобные движения растений включают движения, вызванные синим светом, и движения, чувствительные к прикосновению, например, у чувствительных растений, таких как Mimosa pudica.
Движение в структурах листа вызывается повторяющимися и обратимыми расширение и сокращение двигатель клеток, которые представляют собой клетки в структуре, называемой пульвинусом, у основания листочков и черешков. Такое повторяющееся и обратимое растяжение и сокращение клеток очень редко встречается в растительных клетках, окруженных жесткой оболочкой. клеточная стенка. Более того, не совсем понятно, как двигательные клетки способны к повторяющимся и обратимым растяжениям и сокращениям.
Стенки растительных клеток состоят из ряда целлюлозных микрофибрилл, которые сжимаются или расширяются в ответ на разницу осмотических концентраций внутри и снаружи клетки. Однако величина изменений, которые могут быть вызваны анизотропией в расположении микрофибрилл целлюлозы, не может объяснить весь диапазон изменений. движение пульвинуса.
Исследовательская группа под руководством Миюки Наката и Таку Демура из Института науки и технологий Нары (NAIST) исследовала поперечные срезы легочных двигательных клеток Desmodium метельчатой с помощью конфокальной лазерной микроскопии, чтобы изучить механизм повторяющегося и обратимого растяжения и сокращения клеток. Они выявили уникальные кольцевые «щели» в клеточной стенке моторных клеток, которые содержали меньше целлюлозы. Структуры сохранились в двух подсемействах бобовых, включая соевые бобы, кудзу и чувствительные растения.
При переносе срезов ткани корковых двигательных клеток бобовых в растворы разной осмолярности пульвинарные щели увеличивались в ширине, что указывает на механизм, по которому стенки растительных клеток может изгибаться в ответ на растворы различной осмолярности.
Благодаря сочетанию детального анализа клеточной стенки, компьютерное моделированиеи наблюдения за пульвинарными щелями в клетках, подвергающихся растяжению и сокращению, было установлено, что пульвинарные щели представляют собой механически гибкие структуры, которые открываются и закрываются во время растяжения и сокращения клеток.
«Компьютерное моделирование показало, что пульвинарные щели способствуют анизотропному растяжению в направлении, перпендикулярном щелям, при наличии тургорного давления», — говорит Миюки Наката. Исследователи сравнили это действие с прямыми разрезами или прорезями, используемыми в киригами, японском искусстве изготовления бумаги, для повышения растяжимости бумажного листа.
Таким образом, исследовательская группа предположила, что эти уникальные пульвинарные щели представляют собой структуры, которые позволяют кортикальным моторным клеткам двигаться больше, чем в противном случае могли бы позволить типичные целлюлозные микрофибриллы в клеточной стенке.
«Мы выдвигаем гипотезу о том, что пульвинарные щели играют роль в динамическом движении листьев посредством повторяющейся и обратимой деформации кортикальных моторных клеток в сочетании с другими факторами, включая ориентацию целлюлозы, богатый пектинами состав клеточной стенки, геометрию кортикальных моторных клеток и тот актиновый цитоскелет— говорит Миюки Наката.
Результаты исследования опубликованы в журнале Физиология растений.