Рух рослин давно захоплює багатьох дослідників. Бобові — це група рослин, відомих тим, що демонструють різноманітні рухи листя, у тому числі «ніктинастичні рухи», коли листя відкриваються вдень і закриваються вночі. Подібні рухи рослин включають рухи, викликані синім світлом і чутливі до дотику, наприклад у чутливих рослин, таких як Mimosa pudica.
Рух у структурах листка зумовлений повторним і оборотним розширення і скорочення двигун клітин, які є клітинами в структурі під назвою pulvinus в основі листівок і черешків. Таке повторюване і оборотне розширення і скорочення клітин дуже рідко зустрічається в рослинних клітинах, які оточені жорстким шаром. Клітинна стінка. Крім того, недостатньо зрозуміло, як рухові клітини здатні до повторюваного та оборотного розширення та скорочення.
Клітинні стінки рослин складаються з ряду целюлозних мікрофібрил, які скорочуються або розширюються у відповідь на відмінності осмотичної концентрації всередині та зовні клітини. Однак кількість змін, які можуть бути викликані анізотропією в розташуванні целюлозних мікрофібрил, не може пояснити весь спектр руху pulvinus.
Дослідницька група під керівництвом Міюкі Накати та Таку Демури з Науково-технічного інституту Нари (NAIST) дослідила поперечні зрізи рухових клітин легенів Desmodium paniculatum за допомогою конфокальної лазерної мікроскопії, щоб дослідити механізм повторюваного та оборотного розширення та скорочення клітин. Вони ідентифікували унікальні окружні «щілини» в клітинній стінці моторних клітин, які містили менше целюлози. Структури були збережені в двох підродинах бобових, включаючи сою, кудзу та чутливі рослини.
Після перенесення шматочків тканини з рухових клітин кори бобових в розчини з різною осмолярністю щілини пульвіна збільшувалися в ширину, що вказує на механізм, за допомогою якого стінки клітин рослин може згинатися у відповідь на розчини різної осмолярності.
Завдяки поєднанню детального аналізу клітинної стінки, комп'ютерне моделювання, а також спостережень за пульвінарними щілинами в клітинах, які зазнають розширення та скорочення, було визначено, що пульвінарні щілини є механічно гнучкими структурами, які відкриваються та закриваються під час розширення та скорочення клітини.
«Комп’ютерне моделювання показало, що пульвінарні щілини сприяють анізотропному розширенню в напрямку, перпендикулярному до щілин, за наявності тургорного тиску», — говорить Міюкі Наката. Дослідники порівняли дію з прямими надрізами або прорізами, які використовуються в кірігамі, японському паперовому мистецтві, щоб збільшити розтяжність аркуша паперу.
Таким чином, дослідницька група припустила, що ці унікальні легеневі щілини є структурами, які діють, щоб забезпечити більший рух кортикальних рухових клітин, ніж це дозволили б типові целюлозні мікрофібрили в клітинній стінці.
«Ми висуваємо гіпотезу про те, що пульвінарні щілини відіграють роль у динамічному русі листя через повторювану та оборотну деформацію кортикальних моторних клітин у поєднанні з іншими факторами, включаючи орієнтацію целюлози, багатий на пектин склад клітинної стінки, геометрію кортикальних моторних клітин та в актиновий цитоскелет", - говорить Міюкі Наката.
Результати дослідження опубліковані в журналі Фізіологія рослин.