Eine von Dr. Yin-Zheng Wang (Institut für Botanik, Chinesische Akademie der Wissenschaften) geleitete Studie hat herausgefunden, dass die Narbe von Chirita pumila Bewegung aufweist, und bewiesen, dass die Bewegung mit der Wasserempfindlichkeit zusammenhängt. Darüber hinaus wurde durch anatomische Studien festgestellt, dass sich ein Zelltyp, der die Hälfte des Volumens der Narbe ausmacht, stark ausdehnte, wenn die Narbe Wasser absorbierte, was eng mit der Dehnungs- und Kontraktionsbewegung der Narbe zusammenhängt. Die neuen Zellen werden als kontraktile Zellen bezeichnet.
Die Forschungsgruppe fand heraus, dass kontraktile Zellen mit retikulären Strukturen gefüllt sind und die Kerne an die Ränder gequetscht sind, wohingegen Parenchymzellen hauptsächlich aus großen zentralen Vakuolen bestehen. Nach der Aufnahme von Wasser dehnen sich die kontraktilen Zellen deutlich auf mehr als das Achtfache aus und sind immer noch mit einer Netzwerkstruktur gefüllt. Dies zeigt, dass die Netzstruktur der Hauptmechanismus der Wasserempfindlichkeit ist, d. h. die Wasseraufnahme und -ausdehnung der Netzstruktur treibt die Kontraktion der Zelldehnung an, was zu einer Stigmabewegung führt.
CLSM zeigte, dass FM4-64-Fluoreszenzsignale von der Plasmamembran zur Vakuolenmembran in den Parenchymzellen wanderten, in kontraktilen Zellen jedoch kein Vakuolenmembransignal vorhanden war und die schwachen Signale bei verschiedenen Wellenlängen von Rot und Grün eine große Verlängerung der Vakuolenmembran zeigten kontraktile Zellen.
Das Fehlen von Vakuolen in den kontraktilen Zellen bestätigt, dass es sich bei der wasserempfindlichen Substanz, die Wasser aufnimmt und ausdehnt, um eine Netzwerkstruktur und nicht um eine Vakuole handelt. Die TEM- und Fluoreszenzsignalanalyse ergab, dass die Netzwerkstruktur durch das endoplasmatische Retikulum mit körnigen Ribosomen verursacht wurde, das sich völlig von Parenchymzellen unterschied. Die RNA-seq-Analyse zeigte, dass sich die Expressionsprofile der verengten Zellen deutlich von denen der Parenchymzellen unterschieden.
Wasserempfindliches Experiment an den Narbenblättchen in Seitenansicht. Bei Wasserstimulation biegen sich die Narbenblättchen schnell und kräftig, wodurch ein starker Druck auf die beiden anhaftenden Staubbeutel ausgeübt wird. Bildnachweis: Science China Press
Durch Feldbeobachtungen fanden die Autoren außerdem heraus, dass die Narbe der Pflanze eine bidirektionale Öffnungs- und Schließbewegung zeigte und die kontraktilen Zellen den zirkadianen Rhythmus der Narbe bei Änderungen der Luftfeuchtigkeit steuerten. Darüber hinaus hinterlässt die Narbenbewegung einen Pollenkanal, der den Antherenspalt zwischen den beiden Narbenlappen verbindet, wodurch der Antheren kontinuierlich zusammengedrückt wird, wodurch Pollen durch diesen Kanal direkt zur Aufnahmeoberfläche der Narbe gedrückt werden.
Somit verwandelt die Bewegung der Narbe ein Blütensystem, das auf Fremdbestäubung durch Insekten basiert, in ein System der strikten Selbstbestäubung. Diese Fortpflanzungsstrategie, die den Übergang von der Auskreuzung zur vorherrschenden Selbstbestäubung beinhaltet, hat sich wahrscheinlich aufgrund der unsicheren Umgebung für die Fremdbestäubung durch Insekten, in denen Chirita pumila vorkommt, entwickelt und stellt einen neuartigen unmittelbaren Mechanismus zur Fortpflanzungssicherung dar.
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht National Science Review.
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Yin-Zheng Wang et al., Ein neuer Zelltyp im Zusammenhang mit der Organbewegung zur Selbstbefruchtung in Pflanzen, National Science Review (2023). DOI: 10.1093/nsr/nwad208