Lo studio ha scoperto cosa rende le pareti delle cellule vegetali forti ed elastiche

Washington [US], 15 maggio (ANI): secondo una nuova ricerca dei ricercatori della Pennsylvania che hanno modellato la parete cellulare, la capacità unica di una parete cellulare vegetale di espandersi senza indebolirsi o rompersi – una qualità richiesta per la crescita delle piante – è dovuta al movimento scheletrico della cellulosa.

Il nuovo modello, sperimentato dai ricercatori della Pennsylvania, rivela che le catene di cellulosa sono raggruppate insieme all’interno della parete cellulare, fornendo forza e scivolando l’una contro l’altra quando la cellula è allungata, fornendo estensibilità.

Il nuovo studio, che appare sulla rivista Science, introduce un nuovo concetto di parete cellulare vegetale, fornisce informazioni sulla crescita delle cellule vegetali e può fornire ispirazione per la progettazione di materiali polimerici con nuove proprietà.

“Per molto tempo, il concetto dominante di parete cellulare vegetale è stato un gel rinforzato con fibre di cellulosa, con barre di cellulosa solide che agiscono come rinforzi in acciaio nel cemento”, ha detto Daniel Cosgrove, professore di biologia alla Pennsylvania. E autore senior dell’articolo.

“Tuttavia, abbiamo determinato che le catene di cellulosa si uniscono invece per formare una rete di fasci di cellulosa, che fornisce una resistenza meccanica molto maggiore rispetto alle aste separate che galleggiano nel gel. Sono le catene di cellulosa, piuttosto che altri componenti, a definire il mentre il muro si espande, scivola da un lato all’altro come una scala di estensione quando il dungeon si espande “, ha detto Daniel.

I precedenti approcci alla modellazione delle pareti cellulari delle piante erano focalizzati su una scala molto ampia per non includere il comportamento dei singoli componenti cellulari o su una scala molto piccola – a livello atomico – per incorporare la vera meccanica della parete.

In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un modello di computer a grana grossa a livello di polimeri che compongono la parete cellulare: catene di cellulosa e altre molecole di zucchero collegate tra loro in lunghe catene.

Invece di modellare singoli atomi, i ricercatori hanno modellato microfibre di cellulosa e altri componenti con fili di perline che si comportavano come molle adesive, al fine di replicare le proprietà fisiche di questi componenti.

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“A differenza di molti altri modelli, abbiamo anche preso in considerazione la tendenza delle particelle ad aderire tra loro modellando il legame non covalente tra di loro”, ha detto Cosgrove. “Questo ci ha permesso di indagare sulle conseguenze delle interazioni tra le catene”.

In particolare, il team ha modellato gli strati della parete cellulare della cipolla in modo da poter confrontare i loro valori tipici delle proprietà meccaniche con gli esperimenti condotti utilizzando bucce di cipolla reali. Posando le pareti cellulari di cipolla in diversi modi e utilizzando le intuizioni molecolari del modello, hanno esplorato le strutture responsabili delle proprietà meccaniche uniche della parete cellulare.

“Le pareti delle cellule vegetali sono uniche in quanto devono essere molto forti per aiutare a proteggere e sostenere la pianta e sono molto estensibili perché devono espandersi quando la pianta cresce”, ha detto Yao Zhang, ricercatore post-dottorato in biologia presso Penn State e il primo autore dell’articolo. . “Abbiamo scoperto che le fibre microscopiche di cellulosa mantengono la maggior pressione e sono fondamentali per la parete cellulare nel mantenere la sua forza ed espandibilità”.

I ricercatori hanno stabilito che le singole fibre di cellulosa si allineano e si uniscono, formando una rete di fasci. Le microfibre vengono raddrizzate in un fascio e possono scorrere l’una sull’altra, in una sorta di movimento telescopico, quando la cellula è tesa, trasmettendo forze tra loro provocando l’espansione della cellula.

“Per molto tempo, i ricercatori hanno misurato le proprietà meccaniche, come lo stress e la tensione, delle pareti cellulari delle piante e come queste proprietà cambiano in caso di siccità e altre condizioni”, ha detto Cosgrove.

“Ma fino ad ora, ci mancava una descrizione molecolare di ciò che stava accadendo a livello molecolare per comprendere queste misurazioni. In questo studio, abbiamo chiarito i ruoli dei diversi componenti nella parete cellulare della pianta e fornito un quadro quantitativo per interpretare gli esperimenti utilizzati nella ricerca sulle piante “, ha detto Cosgrove.

Le intuizioni di questo studio potrebbero essere particolarmente utili nel lavoro futuro che esamina il modo in cui le piante regolano le proprietà della loro parete cellulare, influenzando la velocità e la direzione della loro crescita. Ad esempio, i giovani steli si espandono rapidamente in primavera mentre molti frutti crescono a forma sferica.

I ricercatori sperano di espandere il loro modello per simulare le pareti cellulari di altre specie vegetali ed estenderle a un’intera cellula.

“La nostra tecnologia attualmente non può eguagliare la capacità dello stabilimento di creare materiali così resistenti ed espandibili”, ha affermato Yao. “Il design delle pareti cellulari delle piante può fornire ispirazione per il design verde con una varietà di applicazioni”. (Ani)