Bladytans pusselbitsformade cellskikt får sin förklaring

Cellernas oregelbundna formerna i bladens ytskikt hjälper dem att låsa fast sig med varandra som pusselbitar för att bilda ett robust yttersta cellager. Hur växters celler får sin form är föremål för en studie av ett internationellt forskarlag med basen vid SLU i Umeå.

Växtceller kan ha mycket specifika former, såsom de pusselbitsformade cellerna som finns på bladens ytskikt, epidermis. Denna celltyp ansågs tidigare uppkomma genom att olika delar av cellväggen växer olika snabbt, och att detta leder till att cellväggen buktar inåt eller utåt.

Farten inte förklaringen
Mateusz Majda har tillsammans med kollegor från SLU och sju andra universitet använt en beräkningsmodell som visar att cellväggar med varierande tillväxthastighet inte ensamt kan förklara uppkomsten av pusselbitsformade celler. Cellväggen som omger cellen måste också ha varierande mekanisk-kemiska egenskaper, vilket gör att cellväggen lättare böjer sig där den är mjukare än där den är mer stel. Forskarna kunde bevisa detta genom att använda avancerade mikroskopitekniker, i kombination med genetiska studier av växter med mutationer som ger avvikande cellväggsegenskaper.

– Cellväggen består av olika typer av sockerarter och proteiner. Vi har visat att cellens tillväxt och form i hög grad styrs av lokala förändringar i förekomsten av vissa sockerarter, säger Mateusz Majda, som är doktorand vid SLU i Umeå och försteförfattare till artikeln.

Små förändringar får effekt
Genom att analysera mutanter med ett brett spektrum av defekter kopplade till viktiga cellväggskomponenter, visade forskarlaget att även små förändringar i cellväggens uppbyggnad leder till svåra defekter hos epidermis-cellerna. En beräkningsbaserad modelleringsmetod pekade sedan på att det behövs varierande mekaniska egenskaper i cellväggen, för att en oregelbunden tillväxt ska komma till stånd hos celler som är utsatta för tryck. Sådana mekaniska variationer kunde sedan påvisas med hjälp av atomkraftsmikroskopi (AFM) i raka cellväggar före dessa förändringar, samt i ett mycket tidigt skede av cellutbuktningen.

– Cellväggar är huvudkomponenten i trä, och utgör merparten av den industriellt intressanta markbundna biomassan. Vi har studerat cellväggsbildningen på en hittills oöverträffad detaljnivå, och ökad kunskap om de biokemiska processerna innebär att vi på lång sikt kan utveckla nya metoder för att modifiera biomassan, säger Stéphanie Robert, som är universitetslektor vid SLU i Umeå, och artikelns huvudförfattare.

Resultaten publicerades den 6 november i en artikel i tidskriften Developmental Cell av forskare från Sveriges lantbruksuniversitet och kollegor från Uppsala universitet, Université de Lyon, Lunds universitet, Universitetet i Wroclaw, Umeå universitet, University of Potsdam och University of Cambridge.

Artikeln
Mechanochemical Polarization of Contiguous Cell Walls Shapes Plant Pavement Cells

Kontakt
Mateusz Majda, doktorand, Umeå Plant Science Centre, Institutionen för skoglig genetik och växtfysiologi, Sveriges lantbruksuniversitet, mateusz.majda@slu.se, 090-786 55 16

Stéphanie Robert, universitetslektor, Umeå Plant Science Centre, Institutionen för skoglig genetik och växtfysiologi, Sveriges lantbruksuniversitet, stephanie.robert@slu.se, 076-767 45 95