A növények mozgása már régóta lenyűgözi sok kutatót. A hüvelyesek egy olyan növénycsoport, amely arról híres, hogy különféle levélmozgásokat mutat be, beleértve a "nyctinastic" mozgást is, amelyben a levelek nappal nyílnak, és éjszaka zárnak. Hasonló növényi mozgások közé tartoznak a kék fény által indukált és az érintésérzékeny mozgások, például az olyan érzékeny növényeknél, mint a Mimosa pudica.
A levélszerkezetek mozgását ismétlődő és reverzibilis okozza kiterjesztés és összehúzódása motor sejtek, amelyek a pulvinus nevű szerkezet sejtjei a levélkék és levélnyélek tövében. Az ilyen ismétlődő és reverzibilis sejtkiterjesztés és -összehúzódás nagyon ritka a merev sejtekkel körülvett növényi sejtekben. sejtfal. Ráadásul nem teljesen ismert, hogy a motorsejtek hogyan képesek ismétlődő és reverzibilis kiterjesztésre és összehúzódásra.
A növényi sejtfalak számos cellulóz mikrofibrillből állnak, amelyek zsugorodnak vagy kitágulnak a sejten belüli és külső ozmotikus koncentrációkülönbségek hatására. A cellulóz mikrofibrillumok elrendeződésében az anizotrópiával előidézhető változás mértéke azonban nem magyarázza meg a mozgalom a pulvinus.
A Miyuki Nakata és Taku Demura vezette kutatócsoport a Nara Tudományos és Technológiai Intézetben (NAIST) a Desmodium paniculatum pulvináris motoros sejtjeinek keresztmetszetét vizsgálta konfokális lézermikroszkóppal, hogy megvizsgálja az ismétlődő és reverzibilis sejtkiterjesztés és -összehúzódás mechanizmusát. Egyedi kerületi „réseket” azonosítottak a motorsejtek sejtfalában, amelyek kevesebb cellulózt tartalmaztak. A szerkezeteket a hüvelyesek két alcsaládjában konzerválták, beleértve a szóját, a kudzu-t és az érzékeny növényeket.
Amikor a hüvelyesek kérgi motoros sejtjeiről származó szövetszeleteket különböző ozmolaritású oldatokba vittük át, a pulvináris rések szélessége megnőtt, jelezve azt a mechanizmust, növényi sejtfalak különböző ozmolaritású oldatokra reagálva hajlíthat.
Részletes sejtfalelemzés kombinációjával, számítógépes szimulációk, valamint a nyúlványon és összehúzódáson átesett sejtekben a pulvináris rések megfigyelése során megállapították, hogy a pulvináris rések mechanikailag rugalmas struktúrák, amelyek a sejt kiterjesztése és összehúzódása során nyílnak és záródnak.
„A számítógépes modellezés azt sugallta, hogy a pulvináris rések elősegítik az anizotróp kiterjedést a résekre merőleges irányban turgornyomás mellett” – mondja Miyuki Nakata. A kutatók a műveletet a kirigamiban, egy japán papíreszközben használt egyenes vágással vagy hasításokkal hasonlították össze, hogy javítsák a papírlap nyújthatóságát.
Így a kutatócsoport azt javasolta, hogy ezek az egyedi, pulvináris rések olyan struktúrák, amelyek nagyobb mozgást tesznek lehetővé a kérgi motorsejtek számára, mint amennyit egyébként lehetővé tennének a sejtfalban lévő tipikus cellulóz mikrofibrillumok.
„Feltételezzük, hogy a pulvináris rések szerepet játszanak a dinamikus levélmozgásban a kérgi motorsejtek ismétlődő és reverzibilis deformációja révén, összhangban más tényezőkkel, beleértve a cellulóz orientációt, a sejtfal pektinben gazdag összetételét, a kortikális motorsejtek geometriáját és a aktin citoszkeleton” – mondja Miyuki Nakata.
A tanulmány megjelent a folyóiratban Növényi élettan.