Raziskovalci z Oddelka za biokemijo na Indijskem inštitutu za znanost (IISc) so odkrili dolgo iskani mehanizem, ki ga uporabljajo primitivne kopenske rastline, kot so briofiti (vključno z mahovi in jetrniki), za...uravnavajo rast rastlin– mehanizem, ki se je ohranil tudi pri novejših cvetočih rastlinah.
Študija, objavljena v reviji Nature Chemical Biology, se osredotoča na neklasično regulacijo proteina PELL, glavnega regulatorja rasti, ki lahko zavira delitev celic v embrionalnih rastlinah (kopenskih rastlinah).
»DELLA deluje kot ovira za hitrost, če pa je ta ovira nenehno prisotna, se rastlina ne more premakniti,« pojasnjuje Debabrata Laha, izredna profesorica biokemije in soavtorica študije. Zato je razgradnja proteinov DNA ključnega pomena za spodbujanje rasti rastlin. Pri cvetočih rastlinah se DNA razgradi, ko fitohormongiberelin (GA)veže se na svoj receptor GID1 in tvori kompleks GA-GID1-DELLA. Nato se represorski protein PE veže na ubikvitinske verige in ga proteasom 26S razgradi.
Zanimivo je, da so bili mahovnjaki med prvimi rastlinami, ki so kolonizirale kopno, pred približno 500 milijoni let. Čeprav proizvajajo fitohormon giberelin (GA), nimajo receptorja GID1. To postavlja vprašanje: kako sta bila regulirana rast in razvoj teh zgodnjih kopenskih rastlin?
Raziskovalci so s sistemom CRISPR-Cas9 izločili ustrezni gen VIH in s tem potrdili vlogo VIH. Rastline, ki nimajo funkcionalnega encima VIH, kažejo hude rastne in razvojne napake ter morfološke nepravilnosti, kot so gosta steljka, oslabljena radialna rast in pomanjkanje čašice. Te napake so bile odpravljene s spremembo rastlinskega genoma, da je nastal le en konec (N-terminus) encima VIH. Z uporabo naprednih kromatografskih tehnik je raziskovalna skupina odkrila, da N-terminus vsebuje kinazno domeno, ki katalizira proizvodnjo InsP₈.
Raziskovalci so odkrili, da je Aleksandra ena od celičnih tarč kinaze VIH. Poleg tega so opazili, da je fenotip rastlin s pomanjkanjem MpVIH podoben fenotipu rastlin vrste Miscanthus multiforme s povečano ekspresijo Aleksandre.
»Na tej stopnji želimo ugotoviti, ali se stabilnost ali aktivnost DNA pri rastlinah s pomanjkanjem MpVIH poveča,« je dejala Priyanshi Rana, doktorska študentka v Laheyjevi raziskovalni skupini in prva avtorica članka. V skladu s svojo hipotezo so raziskovalci ugotovili, da je inhibicija DNA znatno obnovila rastne in razvojne napake pri rastlinah mutantih MpVIH. Te ugotovitve kažejo, da kinaza VIH negativno uravnava DNA in s tem spodbuja rast in razvoj rastlin.
Raziskovalci so združili genetske, biokemijske in biofizikalne metode, da bi razjasnili mehanizem, s katerim inozitol pirofosfat uravnava izražanje proteina PE v tem briofitu. Natančneje, InsP₈, ki ga proizvaja MpVIH, se veže na protein MpDELLA in spodbuja njegovo poliubikvitinacijo, kar posledično vodi do razgradnje tega represorskega proteina s strani proteasoma.
Raziskave proteina *PE* segajo v čas zelene revolucije, ko so znanstveniki nevede izkoristili njegov potencial za ustvarjanje visokorodnih polpritlikavih sort. Čeprav njegov mehanizem delovanja takrat ni bil znan, so sodobne tehnologije znanstvenikom omogočile uporabo genskega urejanja za manipulacijo delovanja tega proteina in s tem učinkovito povečanje pridelka.
»Z rastjo prebivalstva in krčenjem obdelovalnih površin je povečanje pridelka postalo ključnega pomena,« je dejal Raha. Glede na to, da je lahko razgradnja Aleksandrije, ki jo regulira InsP₈, razširjena v embrionalnih rastlinah, bi to odkritje lahko utrlo pot razvoju visoko donosnih poljščin naslednje generacije.
Čas objave: 31. oktober 2025