Taimede liikumine on paljusid uurijaid juba ammu paelunud. Kaunviljad on rühm taimi, mis on tuntud mitmesuguste lehtede liikumise, sealhulgas "nüktinastilise liikumise" poolest, mille puhul lehed avanevad päeval ja sulguvad öösel. Sarnased taimeliigutused hõlmavad sinise valguse indutseeritud ja puutetundlikke liigutusi, näiteks tundlikel taimedel nagu Mimosa pudica.
Liikumine lehtede struktuurides on põhjustatud korduvast ja pöörduvast laiendamine ja kokkutõmbumine mootor rakkude, mis on rakud struktuuris, mida nimetatakse pulvinuks, voldikute ja varrelehtede põhjas. Selline korduv ja pöörduv rakkude pikendamine ja kokkutõmbumine on väga haruldane taimerakkudes, mida ümbritseb jäik raku sein. Veelgi enam, pole hästi arusaadav, kuidas motoorrakud on võimelised korduvaks ja pöörduvaks pikendamiseks ja kokkutõmbumiseks.
Taimeraku seinad koosnevad paljudest tselluloosi mikrofibrillidest, mis kahanevad või laienevad vastusena osmootsetele kontsentratsiooni erinevustele raku sees ja väljas. Kuid muutuste hulk, mida anisotroopia võib esile kutsuda tselluloosi mikrofibrillide paigutuses, ei suuda seletada kõiki liikumine pulvinusest.
Nara teaduse ja tehnoloogia instituudi (NAIST) Miyuki Nakata ja Taku Demura juhitud uurimisrühm uuris Desmodium paniculatumi pulvinaarsete motoorsete rakkude ristlõikeid, kasutades konfokaalset lasermikroskoopiat, et uurida rakkude korduva ja pöörduva pikenemise ja kokkutõmbumise mehhanismi. Nad tuvastasid motoorsete rakkude rakuseinas ainulaadsed ümbermõõdulised "pilud", mis sisaldasid vähem tselluloosi. Struktuure säilitati kahes kaunviljade alamperekonnas, sealhulgas sojaoad, kudzu ja tundlikud taimed.
Koelõikude ülekandmisel kaunviljade kortikaalsetest motoorrakkudest erineva osmolaarsusega lahustesse suurenes pulvinaarsete pilude laius, mis näitab mehhanismi, mille abil taimerakkude seinad võib reageerida erineva osmolaarsusega lahustele.
Üksikasjaliku rakuseina analüüsi kombinatsiooni abil arvutisimulatsioonidja pulvinaarsete pilude vaatlused rakkudes, mis läbivad ja kokkutõmbuvad, leiti, et pulvinaarsed pilud on mehaaniliselt painduvad struktuurid, mis avanevad ja sulguvad rakkude pikendamise ja kokkutõmbumise ajal.
"Arvutimodelleerimine näitas, et pulvinaarsed pilud hõlbustavad turgorirõhu korral anisotroopset pikendamist piludega risti olevas suunas, " ütleb Miyuki Nakata. Teadlased võrdlesid tegevust Jaapani paberimasina kirigamis kasutatavate sirgete lõigete või piludega, et suurendada paberilehe venitatavust.
Seega tegi uurimisrühm ettepaneku, et need ainulaadsed pulvinaarsed pilud on struktuurid, mis võimaldavad kortikaalsete motoorsete rakkude suuremat liikumist, kui muidu võimaldaksid tüüpilised tselluloosi mikrofibrillid rakuseinas.
"Me esitame hüpoteesi, et pulvinaarsed pilud omavad rolli lehtede dünaamilises liikumises ajukoore motoorsete rakkude korduva ja pöörduva deformatsiooni kaudu koos muude teguritega, sealhulgas tselluloosi orientatsiooniga, rakuseina pektiinirikka koostisega, kortikaalsete motoorsete rakkude geomeetriaga ja a aktiini tsütoskelett,” ütleb Miyuki Nakata.
Uuring avaldatakse ajakirjas Taimede füsioloogia.