Indijos mokslų instituto (IISc) Biochemijos katedros tyrėjai atrado ilgai ieškotą mechanizmą, kurį naudoja primityvūs sausumos augalai, tokie kaip samanos (įskaitant samanas ir kepenų misas), kad...reguliuoti augalų augimą– mechanizmas, kuris taip pat buvo išsaugotas ir neseniai išsivysčiusiuose žydinčiuose augaluose.
Tyrimas, paskelbtas žurnale „Nature Chemical Biology“, daugiausia dėmesio skiria neklasikiniam DELLA baltymo, pagrindinio augimo reguliatoriaus, galinčio slopinti ląstelių dalijimąsi embrioniniuose augaluose (sausumos augaluose), reguliavimui.
„DELLA veikia kaip greičio mažinimo kalnelis, bet jei šis kalnelis yra nuolat, augalas negali pajudėti“, – aiškina Debabrata Laha, biochemijos docentė ir tyrimo bendraautorė. Todėl DELLA baltymų skaidymas yra labai svarbus augalų augimui skatinti. Žydintys augalai DELLA skaidosi, kai fitohormonasgiberelinas (GA)prisijungia prie savo receptoriaus GID1, sudarydamas GA-GID1-DELLA kompleksą. Vėliau DELLA represoriaus baltymas prisijungia prie ubikvitino grandinių ir yra skaidomas 26S proteasomos.
Įdomu tai, kad briofitai buvo vieni pirmųjų augalų, kolonizavusių sausumą, maždaug prieš 500 milijonų metų. Nors jie gamina fitohormoną gibereliną (GA), jiems trūksta GID1 receptoriaus. Todėl kyla klausimas: kaip buvo reguliuojamas šių ankstyvųjų sausumos augalų augimas ir vystymasis?
Tyrėjai panaudojo CRISPR-Cas9 sistemą, kad išjungtų atitinkamą VIH geną, taip patvirtindami VIH vaidmenį. Augalams, neturintiems funkcinio VIH fermento, būdingi dideli augimo ir vystymosi defektai bei morfologiniai sutrikimai, tokie kaip tankus talis, sutrikęs radialinis augimas ir taurelės nebuvimas. Šie defektai buvo ištaisyti modifikuojant augalo genomą, kad būtų gaminamas tik vienas VIH fermento galas (N-galas). Naudodama pažangius chromatografijos metodus, tyrėjų komanda atrado, kad N-gale yra kinazės domenas, kuris katalizuoja InsP₈ gamybą.
Tyrėjai atrado, kad DELLA yra vienas iš VIH kinazės ląstelinių taikinių. Be to, jie pastebėjo, kad augalų, kuriems trūksta MpVIH, fenotipas buvo panašus į Miscanthus multiforme augalų, kuriems būdinga padidėjusi DELLA raiška.
„Šiame etape nekantraujame nustatyti, ar MpVIH neturinčiuose augaluose padidėja DELLA stabilumas ar aktyvumas“, – teigė Priyanshi Rana, Lahey tyrimų grupės doktorantė ir pirmoji straipsnio autorė. Remdamiesi savo hipoteze, tyrėjai nustatė, kad DELLA slopinimas reikšmingai atkūrė augimo ir vystymosi defektus MpVIH mutantiniuose augaluose. Šie duomenys rodo, kad VIH kinazė neigiamai reguliuoja DELLA, taip skatindama augalų augimą ir vystymąsi.
Tyrėjai sujungė genetinius, biocheminius ir biofizinius metodus, kad išsiaiškintų mechanizmą, kuriuo inozitolio pirofosfatas reguliuoja DELLA baltymo ekspresiją šiame briofite. Tiksliau, MpVIH gaminamas InsP₈ jungiasi prie MpDELLA baltymo, skatindamas jo poliubikvitinaciją, o tai savo ruožtu lemia šio represoriaus baltymo skaidymą proteasomoje.
DELLA baltymo tyrimai prasidėjo Žaliosios revoliucijos laikais, kai mokslininkai nesąmoningai išnaudojo jo potencialą kurdami didelio derlingumo pusiau žemaūges veisles. Nors tuo metu jo veikimo mechanizmas nebuvo žinomas, šiuolaikinės technologijos leido mokslininkams panaudoti genų redagavimą, kad būtų galima manipuliuoti šio baltymo funkcija ir taip efektyviai padidinti pasėlių derlių.
„Augant gyventojų skaičiui ir mažėjant dirbamos žemės plotams, itin svarbu didinti pasėlių derlių“, – teigė Raha. Atsižvelgiant į tai, kad InsP₈ reguliuojamas DELLA skaidymas gali būti plačiai paplitęs embrioniniuose augaluose, šis atradimas galėtų atverti kelią naujos kartos didelio derlingumo pasėlių kūrimui.
Įrašo laikas: 2025 m. spalio 31 d.