Ruch roślin od dawna fascynuje wielu badaczy. Rośliny strączkowe to grupa roślin słynących z różnych ruchów liści, w tym „ruchu nyctinastycznego”, w którym liście otwierają się w ciągu dnia i zamykają w nocy. Podobne ruchy roślin obejmują ruchy wywołane światłem niebieskim i wrażliwe na dotyk, na przykład u wrażliwych roślin, takich jak Mimosa pudica.
Ruch w strukturach liści jest spowodowany powtarzalnymi i odwracalnymi rozbudowa i skurcz silnik komórki, które są komórkami w strukturze zwanej pulvinus u podstawy ulotek i ogonków. Takie powtarzalne i odwracalne rozciąganie i kurczenie się komórek jest bardzo rzadkie w komórkach roślinnych, które są otoczone sztywnym Ściana komórkowa. Co więcej, nie jest dobrze zrozumiane, w jaki sposób komórki motoryczne są zdolne do powtarzalnego i odwracalnego rozciągania i kurczenia się.
Ściany komórkowe roślin składają się z wielu mikrofibryli celulozowych, które kurczą się lub rozszerzają w odpowiedzi na różnice stężeń osmotycznych między wnętrzem i na zewnątrz komórki. Jednak wielkość zmian, które można wywołać anizotropią w układzie mikrofibryli celulozowych, nie może wyjaśnić pełnego zakresu ruch pulvinusa.
Zespół badawczy kierowany przez Miyuki Nakata i Taku Demura z Nara Institute of Science and Technology (NAIST) zbadał przekroje poprzeczne komórek ruchowych pulvinar z Desmodium paniculatum za pomocą konfokalnej mikroskopii laserowej w celu zbadania mechanizmu powtarzalnego i odwracalnego wydłużania i kurczenia się komórek. Zidentyfikowali unikalne obwodowe „szczeliny” w ścianie komórkowej komórek motorycznych, które zawierały mniej celulozy. Struktury zostały zachowane w dwóch podrodzinach roślin strączkowych, w tym w soi, kudzu i roślinach wrażliwych.
Po przeniesieniu skrawków tkanki z komórek motorycznych kory roślin strączkowych do roztworów o różnej osmolarności, szczeliny pulwinarne zwiększyły się na szerokość, co wskazuje na mechanizm, za pomocą którego ściany komórkowe roślin może wyginać się w odpowiedzi na roztwory o różnej osmolarności.
Dzięki połączeniu szczegółowej analizy ściany komórkowej, symulacje komputerowe, oraz obserwacje szczelin pulvinarnych w komórkach ulegających rozciąganiu i kurczeniu, określono, że szczeliny pulvinarowe są mechanicznie elastycznymi strukturami, które otwierają się i zamykają podczas wydłużania i kurczenia się komórek.
„Modelowanie komputerowe sugerowało, że szczeliny pulwinarne ułatwiają anizotropowe rozciąganie w kierunku prostopadłym do szczelin w obecności ciśnienia turgoru” – mówi Miyuki Nakata. Naukowcy porównali to działanie do prostych cięć lub nacięć stosowanych w kirigami, japońskim rzemiośle papierniczym, aby zwiększyć rozciągliwość arkusza papieru.
W związku z tym zespół badawczy zaproponował, że te unikalne szczeliny pulwinarne są strukturami, które działają tak, aby umożliwić większy ruch korowych komórek motorycznych, niż pozwalałyby na to typowe mikrofibryle celulozowe w ścianie komórkowej.
„Stawiamy hipotezę, że szczeliny pulwinarne odgrywają rolę w dynamicznym ruchu liści poprzez powtarzające się i odwracalne deformacje korowych komórek ruchowych w połączeniu z innymi czynnikami, w tym orientacją celulozy, bogatym w pektyny składem ściany komórkowej, geometrią korowych komórek motorycznych i the cytoszkielet aktynowy”, mówi Miyuki Nakata.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Fizjologia roślin.