Naukowcy odkryli mechanizm regulacji białka DELLA w roślinach.

Naukowcy z Wydziału Biochemii Indyjskiego Instytutu Nauk (IISc) odkryli długo poszukiwany mechanizm, który wykorzystują prymitywne rośliny lądowe, takie jak mchy (w tym mchy i wątrobowce), abyregulować wzrost roślin– mechanizm, który zachował się również u roślin kwitnących, które wyewoluowały później.

Badanie, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Chemical Biology, skupia się na nietypowej regulacji białka DELLA, głównego regulatora wzrostu, który może hamować podział komórek u roślin zarodkowych (roślin lądowych).
„DELLA działa jak próg zwalniający, ale jeśli ten próg jest stale obecny, roślina nie może się poruszać” – wyjaśnia Debabrata Laha, profesor nadzwyczajny biochemii i współautorka badania. Dlatego degradacja białek DELLA ma kluczowe znaczenie dla wzrostu roślin. W roślinach kwitnących DELLA ulega degradacji, gdy fitohormongiberelina (GA)Wiąże się ze swoim receptorem GID1, tworząc kompleks GA-GID1-DELLA. Następnie białko represora DELLA wiąże się z łańcuchami ubikwityny i jest degradowane przez proteasom 26S.
Co ciekawe, mszaki były jednymi z pierwszych roślin, które zasiedliły lądy, około 500 milionów lat temu. Chociaż produkują fitohormon giberelinę (GA), brakuje im receptora GID1. Nasuwa się więc pytanie: w jaki sposób regulowano wzrost i rozwój tych wczesnych roślin lądowych?
Naukowcy wykorzystali system CRISPR-Cas9 do wyłączenia odpowiadającego genu VIH, potwierdzając tym samym jego rolę. Rośliny pozbawione funkcjonalnego enzymu VIH wykazują poważne defekty wzrostu i rozwoju oraz nieprawidłowości morfologiczne, takie jak gęsta plecha, upośledzony wzrost promienisty i brak kielicha. Defekty te zostały skorygowane poprzez modyfikację genomu rośliny w celu wytworzenia tylko jednego końca (końca N) enzymu VIH. Wykorzystując zaawansowane techniki chromatograficzne, zespół badawczy odkrył, że koniec N zawiera domenę kinazy, która katalizuje produkcję InsP₈.
Naukowcy odkryli, że DELLA jest jednym z celów komórkowych kinazy VIH. Co więcej, zaobserwowali, że fenotyp roślin z niedoborem MpVIH był podobny do fenotypu roślin Miscanthus multiforme ze zwiększoną ekspresją DELLA.
„Na tym etapie zależy nam na ustaleniu, czy stabilność lub aktywność DELLA jest zwiększona w roślinach z niedoborem MpVIH” – powiedział Priyanshi Rana, doktorant w grupie badawczej Laheya i pierwszy autor artykułu. Zgodnie z ich hipotezą, naukowcy odkryli, że zahamowanie DELLA znacząco przywróciło defekty wzrostu i rozwoju u roślin z mutacją MpVIH. Odkrycia te sugerują, że kinaza VIH negatywnie reguluje DELLA, promując w ten sposób wzrost i rozwój roślin.
Naukowcy połączyli metody genetyczne, biochemiczne i biofizyczne, aby wyjaśnić mechanizm, za pomocą którego pirofosforan inozytolu reguluje ekspresję białka DELLA u tego mszaka. Konkretnie, InsP₈, produkowany przez MpVIH, wiąże się z białkiem MpDELLA, promując jego poliubikwitynację, co z kolei prowadzi do degradacji tego białka represorowego przez proteasom.
Badania nad białkiem DELLA sięgają czasów Zielonej Rewolucji, kiedy naukowcy nieświadomie wykorzystali jego potencjał do stworzenia wysokoplennych odmian półkarłowych. Chociaż mechanizm jego działania był wówczas nieznany, współczesne technologie umożliwiły naukowcom edycję genów, aby manipulować funkcją tego białka, skutecznie zwiększając tym samym plony.
„W związku ze wzrostem populacji i kurczeniem się gruntów ornych, zwiększenie plonów stało się kluczowe” – powiedział Raha. Biorąc pod uwagę, że degradacja DELLA regulowana przez InsP₈ może być powszechna w roślinach embrionalnych, to odkrycie może utorować drogę do rozwoju wysokoplennych upraw nowej generacji.