Ny forskning kommer att förändra läroboksförståelsen för hur växter andas.

Tidigare förklaringar om hur växter tar upp koldioxid och andas ut syre har fokuserat på förtjockning av de inre väggarna i skyddsceller. Dessa celler styr stomatan - små porer som växter använder för gasutbyte, vattenreglering och patogenförsvar.

I forskning publicerad i Plant Journal , ett team som leds av professor Richard Morris från John Innes Center, Norwich, Professor Silke Robatzek från Sainsbury Laboratory, Norwich, och medarbetare från University of Madrid, utvecklat den första hela 3D -modellen av en vaktcell.

Med hjälp av en 3D -simulering, de upptäckte att tre ingredienser var nödvändiga för att vaktceller skulle fungera effektivt.

För det första, vattennivån eller turgortrycket inuti cellen, för det andra cellväggens elasticitet, för det tredje är det njurformad geometri som omvandlar tryck till formförändringar.

Professor Richard Morris sa:"Detta arbete kan hjälpa oss att förstå hur man gör växter mer klimatbeständiga."

"Vaktceller är också hotspots för patogenattacker, så att förstå vad som styr öppningen och stängningen av stomata är viktigt för att förbättra växthälsan."

Extra arbete, publicerad i Nuvarande biologi , som involverar John Innes Center, University of Sheffield och Sainsbury Laboratory i Cambridge avslöjade en ytterligare hemlighet för vaktscellens dynamik.

Med hjälp av atomkraftsmikroskopi och datormodellering såg teamet en oväntad förstyvning i vaktcellsändregionerna, eller stolpar.

"Denna polära förstyvning återspeglar en mekanisk fastspänning av skyddscelländarna som förhindrar att stomata ökar i längd när de öppnas. Detta leder till en ökad hastighet för poröppning och större porer. Du får" bättre "stomata." förklarar prof Jamie Hobbs från Sheffield University.

Samma effekt observerades i modellväxten Arabidopsis och tomat och majs som tyder på att den är utbredd bland växtarter.

Professor Morris sa att teamet planerar att utvidga sin forskning till att studera grässtomat som har en annan form och sannolikt en annan underliggande mekanism.

Trots vikten av skyddsceller och deras funktion, den bakomliggande mekaniken har hittills varit dåligt förstådd.

Vaktceller ändrar form som svar på turgortryck - vattentrycket inuti cellerna. När turgortrycket är högt sväller cellerna, böjer sig bort från varandra, öppna stomata.

När vatten lämnar cellerna, turgortrycket minskar och cellerna blir plattare, mindre njurformad, som stänger poren.