La planta alpina envuelve su propia lana flavonoide

Al igual que la versión cinematográfica de Spider-Man que dispara telas de araña desde los agujeros en sus muñecas, se ha descubierto que una pequeña planta alpina arroja hilos similares a telarañas a través de pequeños agujeros en células especializadas en sus hojas. Son estos pequeños agujeros los que sorprendieron a los botánicos porque perforar la superficie de una célula vegetal solía hacer que explotara como un globo de agua.

Una pequeña planta perenne en forma de almohada con flores de color amarillo brillante, Dionysia Tapitudis, en la familia Primula y se encuentra naturalmente en Turkmenistán y el noreste de Irán, y a través de las montañas de Afganistán hasta las fronteras de Pakistán. Lo que lo hace inusual son sus hojas cubiertas de largas fibras sedosas que se asemejan a finas telarañas llamadas ‘varina lanuda’.

Muchos de sus parientes primitivos tienen hojas cubiertas de un polvo fino que consiste casi en su totalidad en flavonas, una clase de flavonoides. Los flavonoides son pequeñas moléculas especializadas involucradas en el metabolismo de las plantas y son conocidas por sus propiedades antiinflamatorias y antioxidantes. Pero este tipo de Dionisia no tiene flavona en polvo en sus hojas, sino que tiene una lana muy fina de no más de 1-2 micrones de espesor, mucho más delgada que un cabello humano, que mide aproximadamente 75 micrones.

Como parte de una colaboración en curso entre el Instituto de Investigación de Ciencias Vegetales de la Universidad de Cambridge, el Laboratorio Sainsbury, la Universidad de Cambridge (SLCU) y el Jardín Botánico de la Universidad de Cambridge (CUBG), Dionysia fue seleccionada de la colección viva del Jardín Botánico de 8,000 especies de plantas cultivadas. para análisis en la SLCU. Instalaciones de microscopía básica.

«Los hilos lanudos de farina parecen cubrir toda la superficie de la hoja con hilos largos hasta que unen la hoja a su hoja», dijo Paul Aston, supervisor del Jardín y Bosque Botánico Alpino. «Nadie sabía qué era esta lana o cómo se fabricaba, así que pensamos que era un espécimen interesante para estudiar. Hay muchas cosas que Las plantas Hacer lo que aún no conocemos, esto es especialmente cierto en los Alpes. Las plantas Donde vemos muchas adaptaciones inusuales a los entornos hostiles y de gran altitud en los que viven «.

Las muestras se analizaron con luz avanzada y Microscopios electronicos, que reveló que la lana de micras de diámetro tiene distintas ranuras paralelas a lo largo de su longitud. Pero la observación más sorprendente fue cómo salió la lana de las hojas.

«Las hojas están cubiertas con pequeños filamentos llamados tricomas. Cada tricotomía tiene una célula glandular esférica en su extremo, como un tallo con una célula redondeada en la punta, y podemos ver los filamentos saliendo directamente de la célula glandular», dijo el Dr. Raymond Whiteman, director de Microscopy Core Facility en el laboratorio de Sainsbury’s en la Universidad de Cambridge. “Pero sabemos que las células vegetales están rodeadas de pared celular que protege y mantiene la presión dentro de la celda. Hacer agujeros en la membrana celular y la pared celular haría que la célula explotara, como perforar un globo de agua. «

¿Cómo salieron los filamentos sin reventar la celda?

Usando un poderoso microscopio electrónico en el Cambridge Advanced Imaging Center (CAIC), dividieron las células glandulares y, cuando hicieron zoom, pudieron ver pequeñas vacuolas en las células lo suficientemente grandes como para pasar una sola fibra lanosa a través de ellas.

Dr. Matthew Bordon, investigador de SLCU y coautor del informe publicado en Biología Vegetal BMC النبات. «Hay un agujero distintivo en la membrana plasmática, pared celular Y la cutícula crea un agujero que forma un sello hermético alrededor de las fibras; incluso podemos ver la cera en la superficie de la célula actuando como un tapón para sellar cualquier espacio. Observamos que múltiples fibras emanan de una glándula individual células en lugares específicos de su superficie. La planta debe concentrar los componentes básicos de las flavonas dentro células En estos lugares de salida específicos para poder producir las fibras alargadas. «

El Dr. Whiteman también analizó la química de las fibras para encontrar de qué están hechas utilizando el microscopio Raman del instituto, pero la compleja estructura de la lana requiere un análisis más profundo utilizando equipos especializados y habilidades del Departamento de Química de la Universidad Yusuf Hamid.

La Dra. Josephine Gaynord, graduada de PhD del Departamento de Química de la Universidad de Cambridge, dijo: «El análisis de la muestra de lana de farina fue un desafío debido al tamaño pequeño de la muestra y la similitud de los productos químicos que la componen. Quien realizó análisis adicionales utilizando cromatografía avanzada , espectrometría de masas y técnicas de espectroscopía de RMN (RMN). “Nos ayudó a descubrir que la mayoría de la muestra era flavona, una sustancia química que podíamos comprar y comparar con la muestra lanuda de farina. Con un excelente apoyo del equipo de RMN del Departamento de Química, pudimos realizar un análisis detallado y proporcionar las posibles estructuras de los flavonoides modificados que estaban presentes. Será interesante continuar con este trabajo en el futuro ”.

Whiteman dijo que esperaban que las fibras estuvieran formadas por flavonoides similares al recubrimiento en polvo de las hojas de algunas otras especies de prímula, pero estaban fascinados por cómo este tipo podía convertir los flavonoides en fibras estables parecidas a la lana. Encontramos la lana que produjo Dionysia Tapitudis Tiene una estructura química especial y es una mezcla de flavonas y derivados de flavonas que pueden usar enlaces de hidrógeno intermoleculares para formar las fibras alargadas. Esto significa que dentro de la celda, estas flavonas deben mezclarse completamente a medida que se agregan al extremo de las fibras para que salgan del espacio como un hilo continuo, como exprimir una línea continua de pasta de dientes de un tubo. «

«Aunque no se sabe para qué sirve la farina lanuda, se cree que podría ser una medida de protección que brinde tolerancia a la congelación, la sequía y / o el bloqueo de los rayos ultravioleta altos», dijo Simon Wallis, asistente alpino y forestal de CUBG. “Esta última teoría está respaldada por las observaciones que hemos hecho de nuestro grupo alpino, en comparación con la producción de lana Dionysia Tapitudis con un subconjunto de Dionysia Tapitudis que no contienen verina y son más susceptibles a las quemaduras solares «.

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