Navorsers van die Departement Biochemie aan die Indiese Instituut vir Wetenskappe (IISc) het 'n langgesoekte meganisme ontdek wat deur primitiewe landplante soos briofiete (insluitend mosse en lewermosse) gebruik word omreguleer plantgroei– 'n meganisme wat ook in meer onlangs ontwikkelde blomplante bewaar gebly het.
Die studie, gepubliseer in die tydskrif Nature Chemical Biology, fokus op die nie-klassieke regulering van die DELLA-proteïen, 'n meestergroeireguleerder wat seldeling in embrioniese plante (landplante) kan inhibeer.
“DELLA tree op soos 'n spoedhobbel, maar as hierdie spoedhobbel voortdurend teenwoordig is, kan die plant nie beweeg nie,” verduidelik Debabrata Laha, medeprofessor in biochemie en mede-outeur van die studie. Daarom is die afbraak van DELLA-proteïene van kritieke belang vir die bevordering van plantgroei. In blomplante word DELLA afgebreek wanneer die fitohormoongibberellien (GA)bind aan sy reseptor GID1, wat die GA-GID1-DELLA-kompleks vorm. Vervolgens bind die DELLA-onderdrukkerproteïen aan ubikwitienkettings en word dit deur die 26S-proteasoom afgebreek.
Interessant genoeg was briofiete onder die eerste plante wat land gekoloniseer het, ongeveer 500 miljoen jaar gelede. Alhoewel hulle die fitohormoon gibberellien (GA) produseer, het hulle nie die GID1-reseptor nie. Dit laat die vraag ontstaan: hoe is die groei en ontwikkeling van hierdie vroeë landplante gereguleer?
Die navorsers het die CRISPR-Cas9-stelsel gebruik om die ooreenstemmende VIH-geen uit te skakel en sodoende die rol van VIH te bevestig. Plante wat nie 'n funksionele VIH-ensiem het nie, toon ernstige groei- en ontwikkelingsdefekte en morfologiese abnormaliteite, soos digte tallus, verswakte radiale groei en 'n gebrek aan kelk. Hierdie defekte is reggestel deur die plantgenoom te wysig om slegs een punt (die N-terminus) van die VIH-ensiem te produseer. Deur gebruik te maak van gevorderde chromatografietegnieke, het die navorsingspan ontdek dat die N-terminus 'n kinasedomein bevat wat die produksie van InsP₈ kataliseer.
Die navorsers het ontdek dat DELLA een van die sellulêre teikens van VIH-kinase is. Verder het hulle waargeneem dat die fenotipe van MpVIH-gebrekkige plante soortgelyk was aan dié van Miscanthus multiforme-plante met verhoogde DELLA-uitdrukking.
"Op hierdie stadium is ons gretig om te bepaal of DELLA-stabiliteit of -aktiwiteit in MpVIH-gebrekkige plante verbeter word," sê Priyanshi Rana, 'n doktorale student in Lahey se navorsingsgroep en die eerste outeur van die artikel. In ooreenstemming met hul hipotese het die navorsers bevind dat DELLA-inhibisie die groei- en ontwikkelingsdefekte in MpVIH-mutantplante aansienlik herstel het. Hierdie bevindinge dui daarop dat VIH-kinase DELLA negatief reguleer en sodoende plantgroei en -ontwikkeling bevorder.
Die navorsers het genetiese, biochemiese en biofisiese metodes gekombineer om die meganisme te verduidelik waardeur inositolpirofosfaat DELLA-proteïenuitdrukking in hierdie bryofiet reguleer. Spesifiek bind InsP₈, wat deur MpVIH geproduseer word, aan die MpDELLA-proteïen, wat die poliubikwitinering daarvan bevorder, wat weer lei tot die afbraak van hierdie repressorproteïen deur die proteasoom.
Navorsing oor die DELLA-proteïen dateer terug na die Groen Revolusie, toe wetenskaplikes onwetend die potensiaal daarvan benut het om hoë-opbrengs semi-dwergvariëteite te skep. Alhoewel die werkingsmeganisme daarvan destyds onbekend was, het moderne tegnologieë wetenskaplikes in staat gestel om geenredigering te gebruik om die funksie van hierdie proteïen te manipuleer, en sodoende die oesopbrengste effektief te verhoog.
"Met bevolkingsgroei en krimpende bewerkbare grond, het toenemende oesopbrengste krities geword," het Raha gesê. Aangesien InsP₈-gereguleerde DELLA-afbraak wydverspreid in embrioniese plante kan voorkom, kan hierdie ontdekking die weg baan vir die ontwikkeling van volgende generasie hoë-opbrengsgewasse.
Plasingstyd: 31 Okt 2025