Il movimento delle piante affascina da tempo molti ricercatori. I legumi sono un gruppo di piante famose per esibire vari movimenti fogliari, incluso il “movimento nictinastico”, in cui le foglie si aprono di giorno e si chiudono di notte. Movimenti simili delle piante includono movimenti indotti dalla luce blu e sensibili al tocco, come nelle piante sensibili come la Mimosa pudica.
Il movimento nelle strutture fogliari è causato da ripetuti e reversibili estensione e contrazione di - il motore cellule, che sono le cellule di una struttura chiamata pulvino alla base delle foglioline e dei piccioli. Tali estensioni e contrazioni cellulari ripetitive e reversibili sono molto rare nelle cellule vegetali, che sono circondate da una struttura rigida parete cellulare. Inoltre, non è ben compreso come le cellule motorie siano capaci di allungamenti e contrazioni ripetitive e reversibili.
Le pareti cellulari delle piante sono composte da un numero di microfibrille di cellulosa che si restringono o si espandono in risposta alle differenze di concentrazione osmotica tra l'interno e l'esterno della cellula. Tuttavia, la quantità di cambiamento che può essere indotta dall’anisotropia nella disposizione delle microfibrille di cellulosa non può spiegare l’intera gamma di movimento del pulvino.
Un gruppo di ricerca guidato da Miyuki Nakata e Taku Demura presso il Nara Institute of Science and Technology (NAIST) ha esaminato le sezioni trasversali delle cellule motorie pulvinari del Desmodium Paniculatum utilizzando la microscopia laser confocale per studiare il meccanismo di estensione e contrazione cellulare ripetitiva e reversibile. Hanno identificato “fessure” circonferenziali uniche nella parete cellulare delle cellule motorie che contenevano meno cellulosa. Le strutture sono state conservate in due sottofamiglie di legumi, tra cui soia, kudzu e piante sensibili.
Dopo il trasferimento di fette di tessuto dalle cellule motorie corticali dei legumi a soluzioni di diversa osmolarità, le fessure pulvinari aumentavano in larghezza, indicando un meccanismo mediante il quale pareti cellulari vegetali potrebbe flettersi in risposta a soluzioni di diversa osmolarità.
Attraverso una combinazione di analisi dettagliate della parete cellulare, simulazioni al computere dalle osservazioni delle fessure pulvinari nelle cellule sottoposte ad estensione e contrazione, si è stabilito che le fessure pulvinari sono strutture meccanicamente flessibili che si aprono e si chiudono durante l'estensione e la contrazione cellulare.
“La modellizzazione computerizzata ha suggerito che le fessure pulvinari facilitano l’estensione anisotropa nella direzione perpendicolare alle fessure in presenza di pressione di turgore”, afferma Miyuki Nakata. I ricercatori hanno confrontato l'azione con i tagli dritti o le fessure utilizzati nel kirigami, un mestiere di carta giapponese, per migliorare l'estensibilità del foglio di carta.
Pertanto, il gruppo di ricerca ha proposto che queste fessure pulvinari uniche siano strutture che agiscono per consentire un maggiore movimento delle cellule motorie corticali di quanto sarebbe altrimenti consentito dalle tipiche microfibrille di cellulosa nella parete cellulare.
“Forniamo un’ipotesi che le fessure pulvinari abbiano un ruolo nel movimento dinamico delle foglie attraverso la deformazione ripetitiva e reversibile delle cellule motorie corticali in concerto con altri fattori tra cui l’orientamento della cellulosa, la composizione ricca di pectina della parete cellulare, la geometria delle cellule motorie corticali e IL citoscheletro di actina”, afferma Miyuki Nakata.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Fisiologia vegetale.