Rannsakendur frá lífefnafræðideild Indverska vísindastofnunarinnar (IISc) hafa uppgötvað langþráðan aðferð sem frumstæðar landplöntur eins og mosar (þar á meðal mosar og lifrarjurtir) nota til að ...stjórna vexti plantna– ferli sem hefur einnig varðveist í nýlega þróuðum blómplöntum.
Rannsóknin, sem birt var í tímaritinu Nature Chemical Biology, fjallar um óhefðbundna stjórnun DELLA próteinsins, aðalvaxtarstjórnanda sem getur hamlað frumuskiptingu í fósturvísum plöntum (landplöntum).
„DELLA virkar eins og hraðahindrun, en ef þessi hraðahindrun er stöðugt til staðar getur plantan ekki hreyft sig,“ útskýrir Debabrata Laha, dósent í lífefnafræði og meðhöfundur rannsóknarinnar. Þess vegna er niðurbrot DELLA-próteina mikilvægt til að efla vöxt plantna. Í blómstrandi plöntum brotnar DELLA niður þegar plöntuhormóniðgibberellín (GA)binst viðtakanum GID1 og myndar GA-GID1-DELLA fléttuna. Í kjölfarið binst DELLA bælipróteinið úbíkvítínkeðjum og brotnar niður af 26S próteasóminu.
Athyglisvert er að mosaplöntur voru meðal fyrstu plantnanna sem námu landnámi, fyrir um það bil 500 milljónum ára. Þótt þær framleiði plöntuhormónið gibberellin (GA), skortir þær GID1 viðtakann. Þetta vekur upp spurninguna: hvernig var vöxtur og þroski þessara fyrstu landplantna stjórnað?
Rannsakendurnir notuðu CRISPR-Cas9 kerfið til að útrýma samsvarandi VIH geninu og staðfestu þannig hlutverk VIH. Plöntur sem skortir virkt VIH ensím sýna alvarlega vaxtar- og þroskagalla og formfræðileg frávik, svo sem þéttan þalus, skertan geislavöxt og skort á bikarblöðkum. Þessir gallar voru leiðréttir með því að breyta erfðamengi plöntunnar til að framleiða aðeins annan endann (N-endann) VIH ensímsins. Með því að nota háþróaða litskiljunartækni uppgötvaði rannsóknarhópurinn að N-endinn inniheldur kínasa lén sem hvatar framleiðslu InsP₈.
Rannsakendurnir uppgötvuðu að DELLA er eitt af frumumarkmiðum VIH kínasa. Ennfremur komust þeir að því að svipgerð plantna sem skortir MpVIH var svipuð og hjá Miscanthus multiforme plöntum með aukinni DELLA tjáningu.
„Á þessu stigi erum við ákaf að ákvarða hvort stöðugleiki eða virkni DELLA sé aukin í plöntum sem skortir MpVIH,“ sagði Priyanshi Rana, doktorsnemi í rannsóknarhópi Lahey og fyrsti höfundur greinarinnar. Í samræmi við tilgátu þeirra komust vísindamennirnir að því að DELLA-hömlun endurheimti verulega vaxtar- og þroskagalla í stökkbreyttum MpVIH-plöntum. Þessar niðurstöður benda til þess að VIH-kínasi hafi neikvæð áhrif á DELLA og þannig stuðlað að vexti og þroska plantna.
Rannsakendurnir sameinuðu erfðafræðilegar, lífefnafræðilegar og lífeðlisfræðilegar aðferðir til að skýra hvernig inositol pýrófosfat stjórnar tjáningu DELLA próteina í þessum mosaplöntum. Nánar tiltekið binst InsP₈, sem MpVIH framleiðir, við MpDELLA próteinið og stuðlar að fjölúbíkvitíneringu þess, sem aftur leiðir til niðurbrots þessa bælipróteins af völdum próteasómsins.
Rannsóknir á DELLA próteininu má rekja til Grænu byltingarinnar, þegar vísindamenn óafvitandi nýttu sér möguleika þess til að búa til afkastamiklar hálfdvergar afbrigði. Þótt verkunarháttur þess væri óþekktur á þeim tíma hefur nútímatækni gert vísindamönnum kleift að nota erfðabreytingar til að stjórna virkni þessa próteins og þar með auka uppskeru á áhrifaríkan hátt.
„Með fjölgun íbúa og minnkandi ræktanlegu landi hefur aukin uppskera orðið mikilvæg,“ sagði Raha. Þar sem niðurbrot DELLA, sem er stjórnað af InsP₈, getur verið útbreitt í fósturvísum plöntum gæti þessi uppgötvun rutt brautina fyrir þróun næstu kynslóðar afkastamikillar ræktunarplantna.
Birtingartími: 31. október 2025