Plazmodezma: apibrėžimas, funkcija ir reikšmė augalų ląstelėse

Sužinokite, kas yra plazmodezma, kaip ji veikia augalų ląstelėse ir kodėl svarbi medžiagų transportui, ląstelių ryšiams bei augalų vystymuisi.

Plazmodezma (daugiskaita - "plazmodezmos") - tai mikroskopinis kanalas per augalo ląstelės sienelę. Juo vyksta transportas ir ryšiai tarp kaimyninių ląstelių. Plazmodezmos taip pat savarankiškai išsivystė kai kuriuose dumbliuose.

Skirtingai nei gyvūnų ląstelės, kiekvieną augalo ląstelę supa polisacharidinė ląstelės sienelė. Todėl kaimynines augalų ląsteles skiria poros ląstelių sienelių. Nors ląstelių sienelės pralaidžios mažoms tirpioms molekulėms, plazmodezmos leidžia tiesiogiai, reguliuojamai pernešti medžiagas tarp ląstelių.

Panašios struktūros jungia gyvūnų ląsteles. Augalų ląstelėse tarp plastidžių susidaro stromulės.

Struktūra

Plazmodezmos yra sudėtingos mikroskopinės poros, kurias paprastai sudaro kelios pagrindinės dalys:

• Desmotubulis – suspaustas endoplazminio tinklo (ER) vamzdelis, einantis per plazmodezmą ir jungiantis ER abiejose ląstelėse. Desmotubulio skersmuo dažnai būna nedidelis (kelios dešimtys nanometrų).
• Cituplazminė skylė (cytoplasmic sleeve) – tarp desmotubulio ir ląstelės sienos esanti erdvė, per kurią praeina citoplazma ir kuria vyksta difuzinis bei reguliuojamas transportas.
• Antkakliukas (neck region) – siauroji plazmodezmos dalis prie ląstelės sienelės, kuri gali būti siaurėjama arba plečiama reguliuojant judėjimą.

Plazmodezmų diametras kinta: siaurose vietose jis gali būti keliolikos nanometrų, platesnėse – kelių dešimčių nanometrų dydžio. Tokia geometrija lemia, kas gali praeiti pro kanalą.

Tipai ir susidarymas

• Pirminės plazmodezmos – susidaro ląstelės dalijimosi (citokinezės) metu, kai nauja ląstelės sienelė formuojasi tarp dukterinių ląstelių.
• Antrinės plazmodezmos – susidarosi po citokinezės, kai kanalai gali būti suformuoti per jau egzistuojančią sienelę.

Plazmodezmų skaičius, vieta ir savybės priklauso nuo ląstelės tipo, vystymosi fazės ir fiziologinių poreikių.

Funkcijos

Plazmodezmos atlieka kelias svarbias funkcijas augalų audiniuose:

• Transportas: per plazmodezmas judėja vandens tirpūs jonai, cukrūs, amino rūgštys, hormonai, mažos metabolitinės molekulės ir kai kurių atvejų – baltymai bei RNR.
• Signalizacija: jie leidžia greitai perduoti signalus tarp ląstelių (pvz., augimo arba streso signalus), kas svarbu koordinuotoms audinių reakcijoms.
• Symplastinis ryšys: plazmodezmos sukuria symplastinį tinklą – citoplazminę srautą per kelias ląsteles, svarbų medžiagų paskirstymui ir koordinuotam ląstelių funkcionavimui.
• Funkcija žiotyse ir transporto kanaluose: pvz., foliarinėje dalyje ir floeme plazmodezmos svarbios gliukozės/karbohidratų pernešimui tarp ląstelių.
• Patogenų sąveika: daugelis augalų virusų naudoja plazmodezmas platinti, išskirdami judėjimo baltymus, kurie laikinai padidina kanalo skersmenį.

Reguliavimas

Plazmodezmų pralaidumas nėra pastovus – jis dinamiškai reguliuojamas. Pagrindiniai reguliavimo mechanizmai:

• Callozės depozicija (β-1,3-glukanas) aplink plazmodezmos kaklelį, kuri mažina pralaidumą ir uždaro kanalus esant poreikiui (pvz., žaizdų ar uždegimo metu).
• β-1,3-glukanazės, kurios skaidydamos callozę vėl padidina pralaidumą.
• Baltyminis reguliavimas: specialūs plazmodezmų baltymai gali keisti desmotubulio sąlytis su cito-plazma arba veikti kaip „vartai“ didesnėms makromolekulėms.
• Fiziologiniai signalai (hormonai, šviesos pokyčiai, stresas) keičia plazmodezmų atvirumą ir tankį.

Reikšmė vystymuisi ir atsakams į aplinką

Plazmodezmos yra gyvybiškai svarbios augalų audinių diferenciacijai, organų formavimuisi ir atsakams į aplinkos stresus. Per jas perduodami morfogenai ir transkripcijos faktoriai, kurie reguliuoja kamieninių ląstelių likimą, lapų ir šaknų vystymąsi. Kai kurios audinių struktūros (pvz., meristeminės zonos) pasižymi griežtai reguliuojamu plazmodezmų tinklu, kad būtų užtikrintas tinkamas signalų gradientas.

Tyrimai ir metodai

Plazmodezmų tyrimams naudojami įvairūs metodai:

• Elektroninė mikroskopija – suteikia aukštos raiškos vaizdus apie desmotubulį ir cito-plazminę erdvę.
• Fluorescencinės mikroskopijos metodai (pvz., GFP žymėjimas, FRAP) leidžia sekti molekulių judėjimą per plazmodezmas gyvose ląstelėse.
• Biocheminiai ir genetiniai metodai – mutantų analizė, cheminiai inhibitoriai (pavyzdžiui, callozės sintezės inhibitoriai) padeda suprasti reguliavimo mechanizmus.

Evoliucija ir paplitimas

Plazmodezmos plačiai paplitusios daugelyje augalų grupių ir kai kuriuose dumbluose, kur panašios struktūros leidžia ląstelėms keistis medžiagomis. Jos nėra analogiškos gyvūnų tarpląsteliniams ryšiams (pvz., gap junctions), tačiau atlieka panašias funkcijas – koordinuotą medžiagų ir signalų mainą.

Klinikinė ir praktinė reikšmė

Supratimas apie plazmodezmas svarbus augalų apsaugai nuo virusų (kadangi virusai jas naudoja plitimui), augalų vaisingumui ir produktyvumui reguliuoti, taip pat genų inžinerijai – keičiant plazmodezmų pralaidumą galima paveikti medžiagų pasiskirstymą audiniuose bei augimo procesus.

Santrauka: plazmodezmos – tai dinamiški, struktūriškai sudėtingi kanalai per ląstelės sienelę, leidžiantys tiesioginį citoplazminį ryšį tarp kaimyninių augalo ląstelių. Jos yra būtinos medžiagų pernašai, signalizacijai, vystymuisi ir atsakams į aplinkos pokyčius.

Paieška pagal raidę