La planta alpina hila su propia hebra flavonoide

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Al igual que la versión cinematográfica de Spider-Man disparando telarañas desde los agujeros en sus muñecas, se ha descubierto que una pequeña planta alpina expulsa hilos parecidos a una telaraña de pequeños agujeros en células especializadas en sus hojas. Son estos pequeños agujeros los que tomaron por sorpresa a los científicos de plantas porque perforar la superficie de una célula vegetal normalmente la haría explotar como un globo de agua.

La pequeña perenne en forma de cojín con flores de color amarillo brillante, Tapetodos de Dionisia, pertenece a la familia de las prímulas y se encuentra naturalmente en Turkmenistán y el noreste de Irán, y a través de las montañas de Afganistán hasta la frontera con Pakistán. Lo que lo hace inusual son sus hojas, que están cubiertas de largas fibras sedosas que se asemejan a finas telarañas llamadas “harina lanuda”.

Muchos de sus parientes de la prímula tienen hojas cubiertas de un polvo fino compuesto casi en su totalidad por flavona, que es una clase de flavonoides. Los flavonoides son pequeñas moléculas especializadas involucradas en el metabolismo de las plantas y son reconocidos por sus propiedades antiinflamatorias y antioxidantes. Pero esta especie de Dionysia no tiene flavona en polvo en las hojas, sino que tiene una lana muy fina de solo 1-2 micrones de grosor, mucho más delgada que un cabello humano, que mide alrededor de 75 micrones.

Como parte de una colaboración en curso entre el Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge (SLCU) y el Jardín Botánico de la Universidad de Cambridge (CUBG), el Instituto de Investigación en Ciencias de las Plantas de la Universidad de Cambridge, Dionysia fue seleccionada de la Colección Viva del jardín botánico de 8.000 especies de plantas cultivadas para ser analizadas. en la SLCU Estructuras básicas de microscopía.

“Los hilos lanudos de la harina parecen cubrir toda la superficie de la hoja con hilos largos que también conectan hoja con hoja”, dijo Paul Aston, supervisor del jardín botánico alpino y boscoso. “Nadie sabía qué era esta lana o cómo se fabricaba, por lo que pensamos que sería un espécimen interesante de estudiar. Hay muchas cosas que hacen las plantas que aún no sabemos; esto es especialmente cierto en las plantas alpinas donde vemos muchas adaptaciones inusuales. a los duros entornos de gran altitud en los que viven “.

Las muestras se analizaron utilizando microscopios ópticos y electrónicos avanzados, que revelaron que la lana de micras de diámetro tenía distintas ranuras paralelas a lo largo de su longitud. Pero la observación más sorprendente fue cómo la lana salía de las hojas.

“Las hojas están cubiertas de pequeños pelos llamados tricomas. Cada tricoma tiene una célula glandular esférica al final, como un tallo con una sola célula redonda al final, y pudimos ver los hilos emergiendo directamente de la célula glandular”, dijo. Dr. Raymond Wightman, quien es el Gerente de instalaciones centrales de microscopía en el Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge. “Pero sabemos que las células vegetales están rodeadas por una pared celular que protege y mantiene la presión dentro de la célula. Hacer agujeros en la membrana celular y la pared celular explotaría la célula, como perforar un globo de agua”.

Entonces, ¿cómo salieron los cables sin volar la celda?

Usando un poderoso microscopio electrónico en el Cambridge Advanced Imaging Center (CAIC), diseccionaron las células glandulares y cuando hicieron zoom pudieron ver pequeños espacios en las células lo suficientemente grandes como para que pasara una sola fibra de harina lanuda.

“La planta produce la fibra dentro de la célula y luego la pasa a través de las grietas que son lo suficientemente anchas para ella”, dijo el Dr. Matthieu Bourdon, investigador de SLCU y coautor del informe publicado el Biología vegetal de BMC. “Hay una abertura distinta en la membrana plasmática, la pared celular y la cutícula que crea un agujero que forma un sello hermético alrededor de la fibra; incluso podríamos ver la cera en la superficie celular actuando como un tapón para sellar cualquier espacio. fibras que se extruyen de las células glandulares individuales en puntos específicos de su superficie. La planta debe concentrar los componentes básicos de las flavonas dentro de las células en estos sitios de salida específicos para poder producir la fibra alargada “.

El Dr. Wightman también analizó la química de las fibras para averiguar de qué están hechas usando el microscopio Raman del Instituto, pero la compleja estructura de la lana requirió un análisis más profundo con equipo especializado y la experiencia del Departamento de Química Yusuf Hamied de la Universidad.

“El análisis de la muestra de harina lanuda fue un desafío debido al tamaño pequeño de la muestra y la similitud de los productos químicos de los que estaba hecha”, dijo la Dra. Josephine Gaynord, graduada del Departamento de Química de la Universidad de Cambridge. técnicas avanzadas en cromatografía, espectrometría de masas y espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN). “Nos ayudó a saber que la mayor parte de la muestra era flavona, una sustancia química que podíamos comprar y comparar con la muestra de harina lanuda. Gracias al excelente apoyo del equipo de RMN del Departamento de Química, pudimos realizar análisis a medida y proporcionar posibles estructuras para las flavonas modificadas presentes. Sería muy interesante seguir este trabajo en el futuro “.

Wightman dijo que esperaban que las fibras estuvieran formadas por flavonoides similares al recubrimiento en polvo de las hojas de otras especies de prímula, pero estaban intrigados por cómo esta especie podía transformar las flavonas en fibras similares a la lana. “Encontramos la lana producida por Tapetodos de Dionisia tiene una estructura química especial que es una mezcla de flavonas y derivados de flavonas que pueden usar el enlace de hidrógeno entre moléculas para formar fibras alargadas. Esto significa que dentro de la celda, estas flavonas deben mezclarse con precisión a medida que se agregan al extremo de la fibra para que salgan del espacio vacío como un solo hilo continuo, como exprimir una línea continua de pasta de dientes de un tubo “.

“Si bien no se sabe para qué se usa la harina de lana, se cree que podría ser una medida protectora que ofrezca tolerancia a la congelación, la sequía y / o el bloqueo de los rayos UV”, dijo Simon Wallis, asistente de Alpine and Woodland en CUBG. “Esta última teoría está respaldada por observaciones que hicimos de nuestra colección Alpine, comparando productores de lana Tapetodos de Dionisia con un subconjunto de Tapetodos de Dionisia que no tienen harina lanuda y son más susceptibles a las quemaduras solares “.

El equipo está interesado en seguir explorando las propiedades de estas fibras para determinar si podrían ser un biomaterial útil.

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