Una nuova ricerca è destinata a cambiare la comprensione da manuale di come le piante respirano.

Le precedenti spiegazioni su come le piante assorbono anidride carbonica ed espellono ossigeno si sono concentrate sull'ispessimento delle pareti interne delle cellule di guardia. Queste cellule controllano gli stomi, piccoli pori che le piante usano per lo scambio di gas, regolazione dell'acqua e difesa dai patogeni.

In una ricerca pubblicata in Diario delle piante , un team guidato dal professor Richard Morris del John Innes Centre, Norwich, Professor Silke Robatzek del Sainsbury Laboratory, Norwich, e collaboratori dell'Università di Madrid, ha sviluppato il primo modello 3D completo di una cella di guardia.

Utilizzando una simulazione 3D, hanno scoperto che tre ingredienti erano necessari per far funzionare efficacemente le cellule di guardia.

in primo luogo, il livello di acqua o pressione di turgore all'interno della cella, in secondo luogo l'elasticità della parete cellulare, terzo è la geometria a forma di rene che converte la pressione in cambiamenti di forma.

Il professor Richard Morris ha detto, "Questo lavoro potrebbe aiutarci a capire come rendere le piante più resistenti al clima".

"Le cellule di guardia sono anche punti caldi per l'attacco dei patogeni, quindi capire cosa controlla l'apertura e la chiusura degli stomi è importante per migliorare la salute delle piante".

Lavoro extra, pubblicato in Biologia attuale , coinvolgendo il John Innes Centre, l'Università di Sheffield e il Sainsbury Laboratory di Cambridge hanno rivelato un ulteriore segreto della dinamica delle cellule di guardia.

Utilizzando la microscopia a forza atomica e la modellazione al computer, il team ha notato un irrigidimento inaspettato nelle regioni terminali delle cellule di guardia, o poli.

"Questo irrigidimento polare riflette un bloccaggio meccanico delle estremità delle cellule di guardia che impedisce agli stomi di aumentare di lunghezza quando si aprono. Ciò porta a una maggiore velocità di apertura dei pori e a pori più grandi. Si ottengono stomi "migliori"". spiega il professor Jamie Hobbs della Sheffield University.

Lo stesso effetto è stato osservato nella pianta modello Arabidopsis e nel pomodoro e nel mais, suggerendo che è diffuso tra le specie vegetali.

Il professor Morris ha affermato che il team sta pianificando di estendere la propria ricerca allo studio degli stomi di erba che hanno una forma diversa e probabilmente un meccanismo sottostante diverso.

Nonostante l'importanza delle cellule di guardia e della loro funzione, i meccanismi sottostanti sono stati finora poco compresi.

Le cellule di guardia cambiano forma in risposta alla pressione del turgore, la pressione dell'acqua all'interno delle cellule. Quando la pressione di turgore è alta le cellule si gonfiano, piegandosi l'uno dall'altro, aprendo gli stomi.

Quando l'acqua lascia le cellule, la pressione di turgore si riduce e le cellule si appiattiscono, meno a forma di rene, che chiude il poro.