Indijas Zinātņu institūta (IISc) Bioķīmijas katedras pētnieki ir atklājuši ilgi meklētu mehānismu, ko primitīvi sauszemes augi, piemēram, sūnas (tostarp sūnas un aknu mises), izmanto, lairegulēt augu augšanu– mehānisms, kas ir saglabājies arī nesenāk attīstītos ziedošos augos.
Pētījums, kas publicēts žurnālā Nature Chemical Biology, koncentrējas uz DELLA proteīna, galvenā augšanas regulatora, kas var kavēt šūnu dalīšanos embrionālos augos (sauszemes augos), neklasisko regulāciju.
“DELLA darbojas kā ātruma ierobežotājs, bet, ja šis ātruma ierobežotājs ir pastāvīgi klātesošs, augs nevar pakustēties,” skaidro Debabrata Laha, bioķīmijas asociētā profesore un pētījuma līdzautore. Tāpēc DELLA olbaltumvielu noārdīšanās ir kritiski svarīga augu augšanas veicināšanai. Ziedošos augos DELLA noārdās, kad fitohormonsgiberelīns (GA)saistās ar savu receptoru GID1, veidojot GA-GID1-DELLA kompleksu. Pēc tam DELLA represora proteīns saistās ar ubikvitīna ķēdēm un tiek noārdīts 26S proteasomā.
Interesanti, ka sūnveidīgie bija vieni no pirmajiem augiem, kas kolonizēja zemi, aptuveni pirms 500 miljoniem gadu. Lai gan tie ražo fitohormonu giberelīnu (GA), tiem trūkst GID1 receptora. Tas rada jautājumu: kā tika regulēta šo agrīno sauszemes augu augšana un attīstība?
Pētnieki izmantoja CRISPR-Cas9 sistēmu, lai izslēgtu atbilstošo VIH gēnu, tādējādi apstiprinot VIH lomu. Augiem, kuriem trūkst funkcionējoša VIH enzīma, ir izteikti augšanas un attīstības defekti un morfoloģiskas anomālijas, piemēram, blīvs talluss, traucēta radiālā augšana un kauslapu trūkums. Šie defekti tika laboti, modificējot auga genomu, lai ražotu tikai vienu VIH enzīma galu (N-galu). Izmantojot progresīvas hromatogrāfijas metodes, pētnieku komanda atklāja, ka N-gals satur kināzes domēnu, kas katalizē InsP₈ ražošanu.
Pētnieki atklāja, ka DELLA ir viens no VIH kināzes šūnu mērķiem. Turklāt viņi novēroja, ka augu ar MpVIH deficītu fenotips bija līdzīgs Miscanthus multiforme augu fenotipam ar paaugstinātu DELLA ekspresiju.
"Šajā posmā mēs vēlamies noteikt, vai DELLA stabilitāte vai aktivitāte ir uzlabota augos ar MpVIH deficītu," sacīja Prijanši Rana, doktorants Lahey pētniecības grupā un raksta pirmais autors. Saskaņā ar viņu hipotēzi pētnieki atklāja, ka DELLA inhibīcija ievērojami atjaunoja augšanas un attīstības defektus MpVIH mutantu augos. Šie atklājumi liecina, ka VIH kināze negatīvi regulē DELLA, tādējādi veicinot augu augšanu un attīstību.
Pētnieki apvienoja ģenētiskās, bioķīmiskās un biofizikālās metodes, lai noskaidrotu mehānismu, ar kuru inozitola pirofosfāts regulē DELLA proteīna ekspresiju šajā sūnā. Konkrēti, MpVIH producētais InsP₈ saistās ar MpDELLA proteīnu, veicinot tā poliubikvitināciju, kas savukārt noved pie šī represora proteīna degradācijas proteasomā.
DELLA proteīna pētījumi aizsākās Zaļās revolūcijas laikā, kad zinātnieki neapzināti izmantoja tā potenciālu, lai radītu augstražīgas puspunduršķirnes. Lai gan tā darbības mehānisms tolaik nebija zināms, mūsdienu tehnoloģijas ir ļāvušas zinātniekiem izmantot gēnu rediģēšanu, lai manipulētu ar šī proteīna funkciju, tādējādi efektīvi palielinot ražas apjomu.
“Līdz ar iedzīvotāju skaita pieaugumu un aramzemes samazināšanos, kultūraugu ražas palielināšana ir kļuvusi kritiski svarīga,” sacīja Raha. Ņemot vērā, ka InsP₈ regulētā DELLA degradācija var būt plaši izplatīta embrionālos augos, šis atklājums varētu pavērt ceļu nākamās paaudzes augstražīgu kultūraugu attīstībai.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 31. oktobris