Pohyb rastlín už dlho fascinuje mnohých výskumníkov. Strukoviny sú skupinou rastlín známych tým, že vykazujú rôzne pohyby listov, vrátane „nyktinastického pohybu“, pri ktorom sa listy otvárajú cez deň a zatvárajú v noci. Podobné pohyby rastlín zahŕňajú pohyby vyvolané modrým svetlom a pohyby citlivé na dotyk, ako napríklad u citlivých rastlín, ako je Mimosa pudica.
Pohyb v listových štruktúrach je spôsobený opakovaným a reverzibilným predĺženie a kontrakcie motor buniek, čo sú bunky v štruktúre nazývanej pulvinus na spodnej časti lístkov a stopiek. Takéto opakujúce sa a reverzibilné predlžovanie a zmršťovanie buniek je v rastlinných bunkách, ktoré sú obklopené tuhou, veľmi zriedkavé bunková stena. Okrem toho nie je dobre pochopené, ako sú motorické bunky schopné opakovaného a reverzibilného predlžovania a kontrakcie.
Steny rastlinných buniek sa skladajú z množstva celulózových mikrofibríl, ktoré sa zmenšujú alebo rozširujú v reakcii na osmotické rozdiely v koncentrácii medzi vnútrom a vonkajškom bunky. Množstvo zmien, ktoré môže vyvolať anizotropia v usporiadaní celulózových mikrofibríl, však nemôže vysvetliť celý rozsah hnutia pulvinus.
Výskumný tím vedený Miyuki Nakata a Taku Demura z Nara Institute of Science and Technology (NAIST) skúmal prierezy pulvinárnych motorických buniek z Desmodium paniculatum pomocou konfokálnej laserovej mikroskopie, aby preskúmal mechanizmus opakovaného a reverzibilného predlžovania a kontrakcie buniek. Identifikovali jedinečné obvodové „štrbiny“ v bunkovej stene motorických buniek, ktoré obsahovali menej celulózy. Štruktúry boli konzervované v dvoch podrodinách strukovín, vrátane sóje, kudzu a citlivých rastlín.
Po prenose plátkov tkaniva z kortikálnych motorických buniek strukovín do roztokov s rôznou osmolaritou sa pulvinárne štrbiny zväčšili, čo naznačuje mechanizmus, ktorým rastlinné bunkové steny sa mohli ohýbať v reakcii na roztoky s rôznou osmolaritou.
Vďaka kombinácii podrobnej analýzy bunkovej steny, počítačové simuláciea pozorovania pulvinárnych štrbín v bunkách, ktoré prechádzajú predlžovaním a kontrakciou, boli pulvinárne štrbiny určené ako mechanicky flexibilné štruktúry, ktoré sa otvárajú a zatvárajú počas predlžovania a kontrakcie buniek.
"Počítačové modelovanie naznačilo, že pulvinárne štrbiny uľahčujú anizotropné predlžovanie v smere kolmom na štrbiny v prítomnosti tlaku turgoru," hovorí Miyuki Nakata. Výskumníci porovnali účinok s rovnými rezmi alebo štrbinami používanými v kirigami, japonskom papierenskom stroji, na zvýšenie rozťažnosti listu papiera.
Výskumný tím teda navrhol, že tieto jedinečné pulvinárne štrbiny sú štruktúry, ktoré umožňujú väčší pohyb kortikálnych motorických buniek, ako by inak umožňovali typické celulózové mikrofibrily v bunkovej stene.
„Poskytujeme hypotézu, že pulvinárne štrbiny majú úlohu v dynamickom pohybe listov prostredníctvom opakovanej a reverzibilnej deformácie kortikálnych motorických buniek v súlade s ďalšími faktormi vrátane orientácie celulózy, zloženia bunkovej steny bohatého na pektín, geometrie kortikálnych motorických buniek a na aktínový cytoskelet“, hovorí Miyuki Nakata.
Štúdia je publikovaná v časopise Fyziológia rastlín.