Новое исследование призвано изменить общепринятое представление о том, как дышат растения.
Предыдущие объяснения того, как растения поглощают углекислый газ и выдыхают кислород, были сосредоточены на утолщении внутренних стенок замыкающих клеток. Эти клетки контролируют устьица - крошечные поры, которые растения используют для газообмена, регуляции воды и защиты от патогенов.
В исследовании, опубликованном в журнале Plant Journal, группа под руководством профессора Ричарда Морриса из Центра Джона Иннеса в Норвиче, профессора Силке Робацека из лаборатории Сейнсбери в Норвиче и сотрудников Мадридского университета разработала первый полноценный трехмерный модель камеры охраны.
Используя 3D-моделирование, они обнаружили, что для эффективной работы замыкающих клеток необходимы три компонента.
Во-первых, уровень воды или тургорного давления внутри клетки, во-вторых эластичность клеточной стенки, в-третьих это геометрия почки, которая преобразует давление в изменение формы.
Профессор Ричард Моррис сказал: «Эта работа может помочь нам понять, как сделать растения более устойчивыми к изменению климата».
«Защитные клетки также являются горячими точками для атаки патогенов, поэтому понимание того, что контролирует открытие и закрытие устьиц, важно для улучшения здоровья растений».
Дополнительная работа, опубликованная в журнале Current Biology с участием Центра Джона Иннеса, Шеффилдского университета и лаборатории Сейнсбери в Кембридже, раскрыла еще один секрет динамики замыкающих клеток.
Используя атомно-силовую микроскопию и компьютерное моделирование, ученые заметили неожиданное уплотнение в концевых областях или полюсах замыкающих клеток.
"Эта полярная жесткость отражает механическое придавливание концов замыкающих клеток, что предотвращает увеличение длины устьиц по мере их открытия. Это приводит к увеличению скорости открытия пор и расширению пор. Вы получаете "лучшие" устьица." объясняет профессор Джейми Хоббс из Шеффилдского университета.
Тот же эффект наблюдался у модельного растения Arabidopsis, помидоров и кукурузы, что позволяет предположить, что он широко распространен среди всех видов растений.
Профессор Моррис сказал, что команда планирует расширить свои исследования за счет изучения устьиц травы, которые имеют другую форму и, вероятно, другой основной механизм.
Несмотря на важность замыкающих клеток и их функции, основная механика до сих пор плохо изучена.
Опорные клетки меняют форму в ответ на тургорное давление - давление воды внутри клеток. При высоком тургорном давлении клетки набухают, отгибаются друг от друга, открывая устьица.
По мере того, как вода покидает клетки, тургорное давление снижается, и клетки становятся более плоскими, менее почковидными, что закрывает поры.