Zellulose ist das am häufigsten vorkommende Biopolymer auf dem Planeten und berührt unser aller Leben eng – die Kleidung, die wir tragen, die Lebensmittel, die wir essen, die Gebäude, in denen wir leben. Es ist jedoch nicht nur eine nützliche Sache für uns. Pflanzenzellen verwenden spezifische Anordnungen von Zellulose-Mikrofibrillen (im Wesentlichen winzige Zellulosekabel), um ihre Zellen während ihres Wachstums intakt zu halten und die große Vielfalt an Zellformen zu produzieren, die Pflanzen bilden. Die richtige Anordnung der Zellulosemikrofibrillen ist daher ziemlich wichtig. Es wurde lange angenommen, dass Pflanzenzellen Zellulose-Mikrofibrillen in ihren Zellwänden anordnen, indem Zellulose-Synthase-Komplexe (Proteinkomplexe, die Zellulose-Mikrofibrillen bilden) entlang Mikrotubuli nahe der Zelloberfläche geführt werden. Es stellt sich jedoch heraus, dass dies nicht die ganze Geschichte ist. Ein beträchtlicher Anteil der Zellulose-Synthase-Komplexe bewegt sich über die Zelloberfläche weit weg von nahegelegenen Mikrotubuli. In ihrer jüngsten Veröffentlichung in Current Biology, Jordi Chan & Enrico Coen aus Norwich, arbeiten in Arabidopsis, bauen Sie darauf auf, um vorzuschlagen ein zweiter Mechanismus dafür, wie Pflanzen die Ausrichtung ihrer Zellulose-Mikrofibrillen steuern.

Chan & Cohen beobachten, dass sich etwa die Hälfte der Zellulose-Synthase-Komplexe, die sich in mikrotubulifreien Bereichen der Zelloberfläche bewegen (als autonome Komplexe bezeichnet), zunächst in einer geraden Linie bewegten, dann aber plötzlich die Richtung änderten. In etwa 35 % dieser Fälle drehte sich der autonome Komplex um, um der Richtung eines anderen autonomen Komplexes zu folgen, der kürzlich vorbeigekommen war. Dies weist darauf hin, dass autonome Komplexe, die sich getrennt von Mikrotubuli bewegen, durch die „Spur“, die von einem anderen autonomen Komplex hinterlassen wird, neu ausgerichtet werden können. Welcher Aspekt dieser „Spur“ in der Lage war, andere autonome Komplexe neu zu orientieren, war eindeutig stabil, da er andere autonome Komplexe bis zu 19 Minuten lang nach dem Passieren neu orientieren konnte (eine lange Zeit im Maßstab subzellulärer Bewegungen). Chan & Cohen schlagen vor, dass es die Zellulosemikrofibrille ist, die kürzlich von einem autonomen Komplex gelegt wurde, die in der Lage ist, andere vorbeiziehende autonome Komplexe neu zu orientieren. In Übereinstimmung damit erhöhte die Behandlung mit einem Medikament, von dem bekannt ist, dass es die Zellwandarchitektur randomisiert, auch die Zufälligkeit autonomer komplexer Trajektorien.

Pflanzen können zwei Methoden haben, um die Orientierung von Zellulose-Mikrofibrillen in ihrer Zellwand zu organisieren, eine unter Verwendung von Mikrotubuli an der Zelloberfläche als Führungsmechanismus und eine andere unter Verwendung kürzlich abgelagerter Zellulose-Mikrofibrillen in der Zellwand als Führungsmechanismus. Um zu untersuchen, wie sich diese beiden Mechanismen überschneiden können, beobachteten Chan & Coen, was geschah, als autonome komplexe Trajektorien auf einen Mikrotubulus trafen. Interessanterweise änderte die Hälfte der autonomen komplexen Trajektorien die Richtung, als sie auf einen Mikrotubulus trafen, und folgte anschließend der Richtung des Mikrotubulus. Im Gegensatz dazu wurde nie beobachtet, dass Mikrotubuli-gerichtete Komplexe sich neu ausrichten, wenn sie auf eine autonome Komplexspur treffen. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Gesamtausrichtung neu entstandener autonomer komplexer Trajektorien der Gesamtrichtung der Mikrotubuli folgt. Die Mikrotubuli-Führung scheint daher, wenn Führungsmechanismen kollidieren, und die breite Orientierung von Zellulose-Mikrofibrillen zu kontrollieren.

Die große Frage, die sich daraus ergibt, ist, warum Pflanzen zwei Mechanismen brauchen, um ihre Zelluloseorientierung zu kontrollieren, insbesondere wenn einer den anderen zu informieren scheint? Nun, wie Chan & Cohen darauf hinweisen, können auch andere Organismen ein solches duales System zur Organisation ihrer Zellwände haben. Dies wurde für einige Bakterien vorgeschlagen. Wenn es tatsächlich duale Systeme zur Organisation der Ablagerung von Zellwandfasern in verschiedenen Reichen gibt, dann scheint dies ein ziemlich gutes System zu sein, auf das man sich verlassen kann. Chan & Cohen spekulieren, dass "das Vorhandensein einer dualen Führung daher einen allgemeinen Mechanismus bereitstellen könnte, um sowohl eine starke Kohärenz als auch eine flexible Reaktion sicherzustellen und eine effektive Regulierung des Wachstums und der Stärke von Zellwänden zu ermöglichen". Es kann sein, dass der autonome Führungsmechanismus eine schnelle Verstärkung von Änderungen in der Anordnung der Zellulosemikrofibrillen ermöglicht, die durch einen Mikrotubuli-geführten dominanten Orientierungsmechanismus festgelegt werden. Dies könnte besonders nützlich sein, um schnelle Reaktionen auf die Notwendigkeit zu ermöglichen, die Zellwandanordnung zu ändern, wenn sich herausstellt, dass der Mikrotubulitransport oder Änderungen in der Mikrotubuliorganisation geschwindigkeitsbegrenzend sind. Da ein erheblicher Anteil an Cellulose-Synthase-Komplexen in beobachtet wurde Arabidopsis Weit entfernt von Mikrotubuli könnte sich dieser neu beschriebene Mechanismus als ein wichtiger Beitrag zur Unterstützung des Pflanzenwachstums erweisen.