Az Indiai Tudományos Intézet (IISc) Biokémiai Tanszékének kutatói felfedeztek egy régóta keresett mechanizmust, amelyet a primitív szárazföldi növények, például a mohafélék (köztük a mohák és a májmohák) használnak a ...szabályozza a növények növekedését– egy olyan mechanizmus, amely a közelmúltban fejlődött virágos növényekben is konzerválódott.
A Nature Chemical Biology folyóiratban megjelent tanulmány a DELLA fehérje nem klasszikus szabályozására összpontosít, amely egy mester növekedésszabályozó, amely gátolhatja a sejtosztódást embrionális növényekben (szárazföldi növényekben).
„A DELLA úgy viselkedik, mint egy fekvőrendőr, de ha ez a fekvőrendőr folyamatosan jelen van, a növény nem tud mozogni” – magyarázza Debabrata Laha, a biokémia docense és a tanulmány társszerzője. Ezért a DELLA fehérjék lebontása kritikus fontosságú a növények növekedésének elősegítése szempontjából. Virágos növényekben a DELLA lebomlik, amikor a fitohormon...gibberellin (GA)a GID1 receptorhoz kötődik, létrehozva a GA-GID1-DELLA komplexet. Ezt követően a DELLA represszorfehérje ubiquitinláncokhoz kötődik, és a 26S proteaszóma lebontja.
Érdekes módon a mohafélék voltak az elsők között, amelyek körülbelül 500 millió évvel ezelőtt benépesítették a szárazföldet. Bár termelik a gibberellin (GA) fitohormont, hiányzik belőlük a GID1 receptor. Ez felveti a kérdést: hogyan szabályozták e korai szárazföldi növények növekedését és fejlődését?
A kutatók a CRISPR-Cas9 rendszert használták a megfelelő VIH gén kiütésére, ezáltal megerősítve a VIH szerepét. A funkcionális VIH enzimmel nem rendelkező növények súlyos növekedési és fejlődési rendellenességeket, valamint morfológiai rendellenességeket mutatnak, mint például sűrű tallusz, károsodott radiális növekedés és csésze hiánya. Ezeket a hibákat a növényi genom módosításával korrigálták, hogy a VIH enzimnek csak az egyik vége (az N-terminális) jelenjen meg. Fejlett kromatográfiás technikák alkalmazásával a kutatócsoport felfedezte, hogy az N-terminális egy kináz domént tartalmaz, amely katalizálja az InsP₈ termelését.
A kutatók felfedezték, hogy a DELLA a VIH kináz egyik sejtes célpontja. Továbbá megfigyelték, hogy az MpVIH-hiányos növények fenotípusa hasonló volt a fokozott DELLA expresszióval rendelkező Miscanthus multiforme növényekéhez.
„Jelenleg arra vagyunk kíváncsiak, hogy a DELLA stabilitása vagy aktivitása fokozódik-e az MpVIH-hiányos növényekben” – mondta Priyanshi Rana, Lahey kutatócsoportjának doktorandusz hallgatója és a cikk első szerzője. Hipotézisükkel összhangban a kutatók azt találták, hogy a DELLA gátlása jelentősen helyreállította a növekedési és fejlődési hibákat az MpVIH mutáns növényekben. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a VIH kináz negatívan szabályozza a DELLA-t, ezáltal elősegítve a növények növekedését és fejlődését.
A kutatók genetikai, biokémiai és biofizikai módszereket kombináltak, hogy megvilágítsák azt a mechanizmust, amellyel az inozitol-pirofoszfát szabályozza a DELLA fehérje expresszióját ebben a mohafajban. Konkrétan, az MpVIH által termelt InsP₈ kötődik az MpDELLA fehérjéhez, elősegítve annak poliubiquitinációját, ami viszont a represszorfehérje proteaszóma általi lebontásához vezet.
A DELLA fehérjével kapcsolatos kutatások egészen a zöld forradalomig nyúlnak vissza, amikor a tudósok tudtukon kívül kihasználták a benne rejlő lehetőségeket, hogy magas hozamú félig törpe fajtákat hozzanak létre. Bár a hatásmechanizmusa akkoriban ismeretlen volt, a modern technológiák lehetővé tették a tudósok számára, hogy génszerkesztéssel manipulálják a fehérje működését, ezáltal hatékonyan növelve a terméshozamot.
„A népességnövekedés és a szántóföldek csökkenése miatt a terméshozamok növelése kritikus fontosságúvá vált” – mondta Raha. Tekintettel arra, hogy az InsP₈ által szabályozott DELLA lebontása széles körben elterjedt lehet az embrionális növényekben, ez a felfedezés utat nyithat a következő generációs, magas hozamú növények kifejlesztése előtt.
Közzététel ideje: 2025. október 31.