Plasmodesmata bron mellan växtceller

Plasmodesmata är en tunn kanal genom växtceller som gör att de kan kommunicera.

Växtceller skiljer sig på många sätt från djurceller, både vad gäller några av deras inre organeller och det faktum att växtceller har cellväggar, där djurceller inte gör det. De två celltyperna skiljer sig också i hur de kommunicerar med varandra och hur de translocerar molekyler.

Vad är Plasmodesmata?

Plasmodesmata (singularform: plasmodesma) är intercellulära organeller som endast finns i växt- och algceller. (Djurcellen "ekvivalent" kallas gapskorsningen.)

Plasmodesmata består av porer eller kanaler som ligger mellan enskilda växtceller och förbinder det symplastiska utrymmet i växten. De kan också benämnas "broar" mellan två växtceller.

Plasmodesmata separerar de yttre cellmembranen i växtcellerna. Det faktiska luftutrymmet som separerar cellerna kallas desmotubule.

Desmotubulen har ett styvt membran som löper längden på plasmodesma. Cytoplasma ligger mellan cellmembranet och desmotubulen. Hela plasmodesma täcks med den släta endoplasmatiska retikulum hos de anslutna cellerna.

Plasmodesmata formar under celldelning av växtutveckling. De bildas när delar av det släta endoplasmatiska retikulumet från modercellerna fastnar i den nybildade växtcellväggen.

Primära plasmodesmata bildas medan cellväggen och endoplasmatisk retikulum också bildas; sekundära plasmodesmata bildas efteråt. Sekundära plasmodesmata är mer komplexa och kan ha olika funktionella egenskaper när det gäller storleken och naturen hos molekylerna som kan passera genom.

Aktivitet och funktion

Plasmodesmata spelar roller i både cellulär kommunikation och vid molekyltranslokation. Växtceller måste arbeta tillsammans som en del av en flercell organism (växten); med andra ord, de enskilda cellerna måste arbeta för att gynna det gemensamma godet.

Därför är kommunikation mellan celler avgörande för växters överlevnad. Problemet med växtcellerna är den tuffa, styva cellväggen. Det är svårt för större molekyler att tränga igenom cellväggen, varför plasmodesmata är nödvändiga.

Plasmodesmata länkar vävnadsceller till varandra, så de har funktionell betydelse för vävnadstillväxt och utveckling. Forskare klargjorde 2009 att utvecklingen och utformningen av stora organ var beroende av transporten av transkriptionsfaktorer (proteiner som hjälper till att konvertera RNA till DNA) genom plasmodesmata.

Plasmodesmata ansågs tidigare vara passiva porer genom vilka näringsämnen och vatten rörde sig, men nu är det känt att det är aktiv dynamik involverad.

Aktinstrukturer befanns hjälpa till att flytta transkriptionsfaktorer och till och med växtvirus genom plasmodesma. Den exakta mekanismen för hur plasmodesmata reglerar transport av näringsämnen är inte väl förstått, men det är känt att vissa molekyler kan få plasmodesma-kanalerna att öppnas mer.

Fluorescerande prober hjälpte till att upptäcka att den genomsnittliga bredden för det plasmodesmala utrymmet är ungefär 3-4 nanometer. Detta kan dock variera mellan växtarter och till och med celltyper. Plasmodesmata kan till och med kunna förändra sina dimensioner utåt så att större molekyler kan transporteras.

Växtvirus kan komma att röra sig genom plasmodesmata, vilket kan vara problematiskt för växten eftersom virusen kan resa runt och infektera hela växten. Virussen kan till och med kunna manipulera plasmodesma-storleken så att större virala partiklar kan röra sig igenom.

Forskare tror att sockermolekylen som styr mekanismen för att stänga den plasmodesmala poren är kallos. Som svar på en utlösare, såsom en patogeninbrytare, avsätts kallos i cellväggen runt den plasmodesmala poren och poren stängs.

Genen som ger kommandot att kallos ska syntetiseras och deponeras kallas CalS3. Därför är det troligt att plasmodesmata-densiteten kan påverka den inducerade resistensresponsen mot patogenattack i växter.

Denna idé klargjordes när det upptäcktes att ett protein, benämnt PDLP5 (plasmodesmata-lokaliserat protein 5), orsakar produktion av salicylsyra, vilket förbättrar försvarsresponsen mot växtpatogen bakterieattack.

Forskningshistoria

År 1897 märkte Eduard Tangl närvaron av plasmodesmata inom symplasmen, men det var inte förrän 1901 när Eduard Strasburger gav dem namnet plasmodesmata.

Naturligtvis möjliggjorde införandet av elektronmikroskop plasmodesmata att studeras närmare. På 1980-talet kunde forskare studera rörelsen av molekyler genom plasmodesmata med hjälp av lysrörssonder. Men vår kunskap om plasmodesmata-struktur och funktion förblir rudimentär, och mer forskning måste utföras innan allt förstås.

Ytterligare forskning hindrades länge eftersom plasmodesmata är så nära knutna till cellväggen. Forskare har försökt ta bort cellväggen för att karakterisera den kemiska strukturen i plasmodesmata. 2011 genomfördes detta och många receptorproteiner hittades och karakteriserades.