Ερευνητές από το Τμήμα Βιοχημείας του Ινδικού Ινστιτούτου Επιστημών (IISc) ανακάλυψαν έναν μηχανισμό που αναζητούσαν εδώ και καιρό τα πρωτόγονα χερσαία φυτά, όπως τα βρυόφυτα (συμπεριλαμβανομένων των βρύων και των ηπατικών βλαστοκυττάρων), για να...ρυθμίζουν την ανάπτυξη των φυτών– ένας μηχανισμός που έχει επίσης διατηρηθεί σε πιο πρόσφατα εξελιγμένα ανθοφόρα φυτά.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Chemical Biology, επικεντρώνεται στη μη κλασική ρύθμιση της πρωτεΐνης DELLA, ενός κύριου ρυθμιστή ανάπτυξης που μπορεί να αναστείλει την κυτταρική διαίρεση σε εμβρυϊκά φυτά (χερσαία φυτά).
«Το DELLA λειτουργεί σαν ανασταλτικό παράγοντα, αλλά αν αυτό το ανασταλτικό παράγοντα υπάρχει συνεχώς, το φυτό δεν μπορεί να κινηθεί», εξηγεί η Debabrata Laha, αναπληρώτρια καθηγήτρια βιοχημείας και συν-συγγραφέας της μελέτης. Επομένως, η αποικοδόμηση των πρωτεϊνών DELLA είναι κρίσιμη για την προώθηση της ανάπτυξης των φυτών. Στα ανθοφόρα φυτά, το DELLA αποικοδομείται όταν η φυτοορμόνηγιβερελίνη (GA)συνδέεται με τον υποδοχέα της GID1, σχηματίζοντας το σύμπλεγμα GA-GID1-DELLA. Στη συνέχεια, η πρωτεΐνη καταστολής DELLA συνδέεται με αλυσίδες ουβικιτίνης και αποικοδομείται από το πρωτεάσωμα 26S.
Είναι ενδιαφέρον ότι τα βρυόφυτα ήταν από τα πρώτα φυτά που αποίκισαν τη γη, περίπου 500 εκατομμύρια χρόνια πριν. Αν και παράγουν τη φυτοορμόνη γιβερελίνη (GA), δεν έχουν τον υποδοχέα GID1. Αυτό εγείρει το ερώτημα: πώς ρυθμιζόταν η ανάπτυξη αυτών των πρώιμων χερσαίων φυτών;
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το σύστημα CRISPR-Cas9 για να αποκλείσουν το αντίστοιχο γονίδιο VIH, επιβεβαιώνοντας έτσι τον ρόλο του VIH. Τα φυτά που δεν διαθέτουν λειτουργικό ένζυμο VIH εμφανίζουν σοβαρά ελαττώματα ανάπτυξης και μορφολογικές ανωμαλίες, όπως πυκνό θάλλο, μειωμένη ακτινική ανάπτυξη και έλλειψη κάλυκα. Αυτά τα ελαττώματα διορθώθηκαν τροποποιώντας το γονιδίωμα του φυτού ώστε να παράγει μόνο το ένα άκρο (το Ν-τελικό άκρο) του ενζύμου VIH. Χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές χρωματογραφίας, η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε ότι το Ν-τελικό άκρο περιέχει μια περιοχή κινάσης που καταλύει την παραγωγή InsP₈.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η DELLA είναι ένας από τους κυτταρικούς στόχους της κινάσης VIH. Επιπλέον, παρατήρησαν ότι ο φαινότυπος των φυτών με ανεπάρκεια MpVIH ήταν παρόμοιος με αυτόν των φυτών Miscanthus multiforme με αυξημένη έκφραση DELLA.
«Σε αυτό το στάδιο, είμαστε πρόθυμοι να προσδιορίσουμε εάν η σταθερότητα ή η δραστηριότητα της DELLA ενισχύεται σε φυτά με ανεπάρκεια MpVIH», δήλωσε η Priyanshi Rana, διδακτορική φοιτήτρια στην ερευνητική ομάδα του Lahey και πρώτη συγγραφέας της εργασίας. Σύμφωνα με την υπόθεσή τους, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η αναστολή της DELLA αποκατέστησε σημαντικά τα ελαττώματα ανάπτυξης και ανάπτυξης σε φυτά με μεταλλαγμένο MpVIH. Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι η κινάση VIH ρυθμίζει αρνητικά την DELLA, προωθώντας έτσι την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών.
Οι ερευνητές συνδύασαν γενετικές, βιοχημικές και βιοφυσικές μεθόδους για να διευκρινίσουν τον μηχανισμό με τον οποίο η πυροφωσφορική ινοσιτόλη ρυθμίζει την έκφραση της πρωτεΐνης DELLA σε αυτό το βρυόφυτο. Συγκεκριμένα, η InsP₈, που παράγεται από την MpVIH, συνδέεται με την πρωτεΐνη MpDELLA, προάγοντας την πολυουβικιτίνη της, η οποία με τη σειρά της οδηγεί στην αποικοδόμηση αυτής της πρωτεΐνης καταστολέα από το πρωτεάσωμα.
Η έρευνα για την πρωτεΐνη DELLA χρονολογείται από την Πράσινη Επανάσταση, όταν οι επιστήμονες εκμεταλλεύτηκαν εν αγνοία τους τις δυνατότητές της για να δημιουργήσουν ημι-νάνες ποικιλίες υψηλής απόδοσης. Αν και ο μηχανισμός δράσης της ήταν άγνωστος εκείνη την εποχή, οι σύγχρονες τεχνολογίες έχουν επιτρέψει στους επιστήμονες να χρησιμοποιήσουν την επεξεργασία γονιδίων για να χειραγωγήσουν τη λειτουργία αυτής της πρωτεΐνης, αυξάνοντας έτσι αποτελεσματικά τις αποδόσεις των καλλιεργειών.
«Με την αύξηση του πληθυσμού και τη συρρίκνωση της καλλιεργήσιμης γης, η αύξηση των αποδόσεων των καλλιεργειών έχει καταστεί κρίσιμη», δήλωσε ο Raha. Δεδομένου ότι η υποβάθμιση του DELLA που ρυθμίζεται από το InsP₈ μπορεί να είναι ευρέως διαδεδομένη σε εμβρυϊκά φυτά, αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη καλλιεργειών υψηλής απόδοσης επόμενης γενιάς.
Ώρα δημοσίευσης: 31 Οκτωβρίου 2025