Щели в клеточной стенке двигательных клеток бобовых облегчают контроль движения листьев
Движение листьев у растений давно привлекает исследователей. Бобовые известны различными движениями листьев, включая "никтинастию" — открывание днём и закрывание ночью. К ним относятся также движения, индуцированные синим светом или прикосновением, как у мимозы стыдливой (Mimosa pudica).
Движение листьев вызвано повторяющимся и обратимым растяжением и сокращением двигательных клеток, расположенных в структуре под названием пульвинус у основания листочков и черешков. Такие повторяющиеся изменения размера клеток редки для растительных клеток, окружённых жёсткой клеточной стенкой. Механизм этого процесса был плохо изучен.
Клеточная стенка состоит из целлюлозных микрофибрилл, которые сжимаются или расширяются в ответ на разницу осмотического давления внутри и снаружи клетки. Однако, изменений, возможных только за счёт анизотропии в ориентации микрофибрилл, недостаточно для объяснения полного диапазона движения пульвинуса.
Исследовательская группа под руководством Миюки Наката и Таку Демуры из Научно-технологического института Нары (NAIST) изучила срезы двигательных клеток пульвинуса растения Desmodium paniculatum с помощью конфокальной лазерной микроскопии. Они обнаружили уникальные окружные "щели" в клеточной стенке двигательных клеток, содержащие меньше целлюлозы. Эти структуры оказались консервативными для двух подсемейств бобовых, включая сою, пуэрарию и мимозу стыдливую.
При помещении срезов ткани двигательных клеток в растворы с разной осмолярностью ширина щелей увеличивалась. Это указывает на механизм, позволяющий клеточной стенке изгибаться в ответ на изменения осмотического давления.
Комбинация детального анализа клеточной стенки, компьютерного моделирования и наблюдений за щелями в процессе растяжения и сокращения клеток показала, что пульвинарные щели — это механически гибкие структуры, которые открываются и закрываются во время изменения размера клетки.
"Компьютерное моделирование показало, что пульвинарные щели облегчают анизотропное растяжение в направлении, перпендикулярном щелям, при наличии тургорного давления", — говорит Миюки Наката.
Исследователи сравнили их действие с надрезами в киригами — японском искусстве вырезания из бумаги, — которые увеличивают растяжимость листа.
Таким образом, команда предположила, что эти уникальные щели позволяют двигательным клеткам совершать более обширные движения, чем это было бы возможно только за счёт типичных целлюлозных микрофибрилл в клеточной стенке.
"Мы выдвигаем гипотезу, что пульвинарные щели играют роль в динамическом движении листьев, обеспечивая повторяемую и обратимую деформацию кортикальных двигательных клеток в сочетании с другими факторами: ориентацией целлюлозы, богатым пектином составом клеточной стенки, геометрией клеток и актиновым цитоскелетом", — говорит Миюки Наката.
Исследование опубликовано в журнале Plant Physiology.