Takni odmakni

Ameriške raziskovalke in raziskovalci poročajo o posebnem mehanizmu rastlinskih celic povrhnjice, ki omogoča zaznavanje dotika in tudi konca tega. Raziskavo so nedavno objavili v znanstveni reviji Nature Plants.

Za razliko od živali, pri katerih se signal o dotiku prenese preko nevronov živčnega sistema, rastline živčnega sistema v takšni obliki ne poznajo. Primarni stik z okolico vzpostavijo s povrhnjico, posebno plastjo različnih rastlinskih celic, ki prekrivajo vse nadzemne rastlinske organe. Ta plast ima pomembno varovalno funkcijo, h kateri spadata regulacija količine vode in izmenjava plinov, med drugim pa služi tudi za mehansko zaznavanje sprememb v okolju.

Znano je, da se tekom rasti in razvoja rastline odzivajo na mehanične pritiske, ki jih povzroči okolica. V procesu so navadno udeležene trihome oziroma dlačice na povrhnjici nekaterih delov rastlin. Pritisk na trihome povzroči odprtje mehanosenzitivnih kalcijevih kanalčkov v celični membrani, kar poviša koncentracijo kalcija v citosolu rastlinskih celic. To vodi v konformacijske spremembe nekaterih proteinov v celici, ki se odzivajo na prisotnost kalcija.

Raziskovalno skupino je zanimalo, ali so na mehanske sile oziroma dotik poleg trihom občutljive še katere druge celice rastlinske povrhnjice. S posebno stekleno iglo so na celice povrhnjice, kjer trihome niso prisotne, aplicirali majhne, a natančno odmerjene sile. Zanimalo jih je, kako se z dodano silo spreminja koncentracija citosolnega kalcija. V rastlinskih celicah modelne rastline – navadnega repnjakovca – so predhodno izrazili fluorescentni protein R-GECO1, ki se odziva na prisotnost kalcija in je v raziskavi služil kot intracelularni senzor za kalcij.

Potem ko so se s stekleno iglo nežno dotaknili površine rastline, so s konfokalnim mikroskopom spremljali intenziteto fluorescence ob različnih časovnih intervalih. Opazili so, da že zelo rahel dotik povzroči spremembo v koncentraciji citosolnega kalcija. Še več, ugotovili so, da se po začetnem odzivu – torej dvigu koncentracije kalcija v celicah, na katere so aplicirali silo – odziv prenese tudi na sosednje celice. Opazili so namreč, da se signal - torej sprememba v citosolnem kalciju - prenese tudi na sosednje celice. To so zapazili kot počasni val sprememb fluorescence v sosednjih celicah povrhnjice.

Do zanimivega odkritja pa so raziskovalci prišli, ko so stekleno iglo umaknili in tako prekinili pritisk na povrhnjico. Ob umiku pritiska so se celice odzvale na drugačen, a specifičen način. Raziskovalci so namreč opazili še hitrejšo propagacijo sprememb v koncentraciji citosolnega kalcija – torej hitrejši val – v celicah povrhnjice. Zaradi drugačnega značilnega odziva ob prenehanju dotika raziskovalci sklepajo, da lahko rastline ne samo zaznajo dotik, temveč tudi prenehanje tega.

Raziskava je odprla pomembna vprašanja o rastlinski fiziologiji, denimo, kakšen je biološki pomen zaznave in razlikovanja med dotikom in odmikom v rastlinah. 

Vir: Howell, A.H., Völkner, C., McGreevy, P. et al. Pavement cells distinguish touch from letting go. Nat. Plants (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01418-9
Vir slike: zasebni arhiv (Lea Leskovec)