Движението на растенията отдавна е очаровало много изследователи. Бобовите растения са група растения, известни с това, че показват различни движения на листата, включително „никтинистично движение“, при което листата се отварят през деня и се затварят през нощта. Подобни движения на растенията включват индуцирани от синя светлина и чувствителни на допир движения, като например при чувствителни растения като Mimosa pudica.
Движението в листните структури се причинява от многократно и обратимо разширение и свиване на мотор клетки, които са клетките в структура, наречена pulvinus в основата на листчетата и дръжките. Такова повтарящо се и обратимо клетъчно удължаване и свиване са много редки в растителните клетки, които са заобиколени от твърда клетъчна стена. Освен това, не е добре разбрано как двигателните клетки са способни на повтарящо се и обратимо удължаване и свиване.
Стените на растителните клетки са съставени от редица целулозни микрофибрили, които се свиват или разширяват в отговор на разликите в осмотичната концентрация между вътрешната и външната част на клетката. Въпреки това, количеството промяна, която може да бъде предизвикана от анизотропията в подреждането на целулозните микрофибрили, не може да обясни пълния диапазон от движение на pulvinus.
Изследователски екип, ръководен от Миюки Наката и Таку Демура от Института за наука и технологии на Нара (NAIST), изследва напречните сечения на пулвинарни двигателни клетки от Desmodium paniculatum, използвайки конфокална лазерна микроскопия, за да изследва механизма на повтарящо се и обратимо разширяване и свиване на клетките. Те идентифицираха уникални периферни „прорези“ в клетъчната стена на двигателните клетки, които съдържаха по-малко целулоза. Структурите са запазени в две подсемейства бобови растения, включително соя, кудзу и чувствителни растения.
При прехвърляне на тъканни срезове от кортикални двигателни клетки на бобови култури към разтвори с различен осмоларитет, пулвинарните процепи се увеличават по ширина, което показва механизъм, чрез който растителни клетъчни стени може да се огъва в отговор на разтвори с различен осмоларитет.
Чрез комбинация от подробен анализ на клетъчната стена, компютърни симулации, и наблюдения на пулвинарни прорези в клетки, подложени на разширяване и свиване, пулвинарните прорези бяха определени като механично гъвкави структури, които се отварят и затварят по време на разширяване и свиване на клетката.
„Компютърното моделиране предполага, че пулвинарните прорези улесняват анизотропното разширение в посока, перпендикулярна на процепите при наличие на тургорно налягане“, казва Миюки Наката. Изследователите сравняват действието с правите разфасовки или прорези, използвани в киригами, японска хартия, за да се подобри разтегливостта на хартиения лист.
По този начин изследователският екип предложи тези уникални пулвинарни процепи да са структури, които действат, за да позволят повече движение на кортикалните двигателни клетки, отколкото иначе биха позволили типичните целулозни микрофибрили в клетъчната стена.
„Ние предлагаме хипотеза, че пулвинарните процепи играят роля в динамичното движение на листата чрез повтаряща се и обратима деформация на кортикалните моторни клетки в съгласие с други фактори, включително целулозна ориентация, богат на пектин състав на клетъчната стена, геометрията на кортикалните моторни клетки и на актинов цитоскелет”, казва Миюки Наката.
Изследването е публикувано в списание Физиология на растенията.