Дослідники розкривають механізм регуляції білка DELA у рослин.

Дослідники з кафедри біохімії Індійського інституту наук (IISc) виявили давно шуканий механізм, який використовують примітивні наземні рослини, такі як мохи (включаючи мохи та печінкові черви), для...регулювати ріст рослин– механізм, який також був збережений у квіткових рослин, що еволюціонували нещодавно.

Дослідження, опубліковане в журналі Nature Chemical Biology, зосереджене на некласичній регуляції білка DELLA, головного регулятора росту, який може пригнічувати поділ клітин у ембріональних рослин (наземних рослин).
«DELLA діє як «лежачий поліцейський», але якщо цей «лежачий поліцейський» постійно присутній, рослина не може рухатися», – пояснює Дебабрата Лаха, доцент кафедри біохімії та співавтор дослідження. Тому деградація білків DELLA має вирішальне значення для стимулювання росту рослин. У квіткових рослин DELLA деградує, коли фітогормонгіберелін (GA)зв'язується зі своїм рецептором GID1, утворюючи комплекс GA-GID1-DELLA. Згодом білок-репресор CYP2D1 зв'язується з ланцюгами убіквітину та деградує 26S протеасомою.
Цікаво, що мохоподібні були серед перших рослин, які колонізували сушу, приблизно 500 мільйонів років тому. Хоча вони виробляють фітогормон гіберелін (ГА), у них відсутній рецептор GID1. Це викликає питання: як регулювалися ріст і розвиток цих ранніх наземних рослин?
Дослідники використали систему CRISPR-Cas9 для вилучення відповідного гена VIH, тим самим підтвердивши роль VIH. Рослини, яким бракує функціонального ферменту VIH, демонструють серйозні дефекти росту та розвитку, а також морфологічні аномалії, такі як щільний талом, порушення радіального росту та відсутність чашечки. Ці дефекти були виправлені шляхом модифікації геному рослини для утворення лише одного кінця (N-кінця) ферменту VIH. Використовуючи передові методи хроматографії, дослідницька група виявила, що N-кінець містить кіназний домен, який каталізує утворення InsP₈.
Дослідники виявили, що Александрія (PE) є однією з клітинних мішеней кінази VIH. Крім того, вони спостерігали, що фенотип рослин з дефіцитом MpVIH був подібним до фенотипу рослин Miscanthus multiforme з підвищеною експресією Александрії.
«На цьому етапі ми прагнемо визначити, чи посилюється стабільність або активність CYP2D1A у рослин з дефіцитом MpVIH», — сказала Пріянні Рана, докторантка дослідницької групи Лахі та перший автор статті. Відповідно до своєї гіпотези, дослідники виявили, що інгібування CYP2D1A значно відновлює дефекти росту та розвитку у мутантних рослин MpVIH. Ці результати свідчать про те, що кіназа VIH негативно регулює CYP2D1A, тим самим сприяючи росту та розвитку рослин.
Дослідники поєднали генетичні, біохімічні та біофізичні методи, щоб з'ясувати механізм, за допомогою якого інозитолпірофосфат регулює експресію білка DELLA у цього мохоподібного. Зокрема, InsP₈, що продукується MpVIH, зв'язується з білком MpDELLA, сприяючи його поліубіквітинування, що, у свою чергу, призводить до деградації цього білка-репресора протеасомою.
Дослідження білка DALA датуються часами Зеленої революції, коли вчені несвідомо використовували його потенціал для створення високоврожайних напівкарликових сортів. Хоча механізм його дії на той час був невідомий, сучасні технології дозволили вченим використовувати редагування генів для маніпулювання функцією цього білка, тим самим ефективно підвищуючи врожайність сільськогосподарських культур.
«Зі зростанням населення та скороченням орних земель підвищення врожайності сільськогосподарських культур стало критично важливим», – сказав Раха. Враховуючи, що деградація DELLA, регульована InsP₈, може бути широко поширеною в ембріональних рослинах, це відкриття може прокласти шлях для розробки високоврожайних культур наступного покоління.