Pohyb rostlin již dlouho fascinuje mnoho badatelů. Luštěniny jsou skupinou rostlin, které jsou známé tím, že vykazují různé pohyby listů, včetně „nyktinastického pohybu“, při kterém se listy ve dne otevírají a v noci zavírají. Podobné pohyby rostlin zahrnují pohyby vyvolané modrým světlem a pohyby citlivé na dotek, jako u citlivých rostlin, jako je Mimosa pudica.
Pohyb v listových strukturách je způsoben opakovaným a vratným rozšíření a kontrakce motor buněk, což jsou buňky ve struktuře zvané pulvinus na bázi lístků a řapíků. Taková opakující se a reverzibilní extenze a kontrakce buněk jsou u rostlinných buněk, které jsou obklopeny rigiditou, velmi vzácné buněčná stěna. Navíc není dobře pochopeno, jak jsou motorické buňky schopné opakovaného a reverzibilního roztahování a kontrakce.
Stěny rostlinných buněk se skládají z řady celulózových mikrofibril, které se zmenšují nebo roztahují v reakci na rozdíly osmotické koncentrace mezi vnitřkem a vnějškem buňky. Množství změn, které lze vyvolat anizotropií v uspořádání celulózových mikrofibril, však nemůže vysvětlit celý rozsah hnutí z pulvinu.
Výzkumný tým vedený Miyuki Nakatou a Taku Demurou z Nara Institute of Science and Technology (NAIST) zkoumal průřezy pulvinárních motorických buněk z Desmodium paniculatum pomocí konfokální laserové mikroskopie, aby prozkoumal mechanismus opakovaného a reverzibilního prodlužování a kontrakce buněk. Identifikovali jedinečné obvodové „štěrbiny“ v buněčné stěně motorických buněk, které obsahovaly méně celulózy. Struktury byly zachovány ve dvou podrodinách luštěnin, včetně sóji, kudzu a citlivých rostlin.
Po přenosu tkáňových řezů z kortikálních motorických buněk luštěnin do roztoků různé osmolarity se pulvinární štěrbiny zvětšily, což naznačuje mechanismus, kterým rostlinné buněčné stěny se může ohýbat v reakci na roztoky různé osmolarity.
Díky kombinaci podrobné analýzy buněčné stěny počítačové simulacea pozorování pulvinárních štěrbin v buňkách procházejících extenzí a kontrakcí, pulvinární štěrbiny byly určeny jako mechanicky flexibilní struktury, které se otevírají a zavírají během extenze a kontrakce buněk.
„Počítačové modelování naznačovalo, že pulvinární štěrbiny usnadňují anizotropní prodloužení ve směru kolmém na štěrbiny v přítomnosti tlaku turgoru,“ říká Miyuki Nakata. Vědci tento účinek porovnali s rovnými řezy nebo štěrbinami používanými v kirigami, japonském papírenském řemesle, aby se zvýšila roztažitelnost listu papíru.
Výzkumný tým tedy navrhl, že tyto jedinečné pulvinární štěrbiny jsou struktury, které umožňují větší pohyb kortikálních motorických buněk, než by jinak umožňovaly typické celulózové mikrofibrily v buněčné stěně.
„Poskytujeme hypotézu, že pulvinární štěrbiny hrají roli v dynamickém pohybu listů prostřednictvím opakované a reverzibilní deformace kortikálních motorických buněk v souladu s dalšími faktory, včetně orientace celulózy, složení buněčné stěny bohaté na pektin, geometrie kortikálních motorických buněk a a aktinový cytoskelet“ říká Miyuki Nakata.
Studie je publikována v časopise Fyziologie rostlin.