Հետազոտողները բացահայտում են DELLA սպիտակուցի կարգավորման մեխանիզմը բույսերում։

Հնդկաստանի գիտությունների ինստիտուտի (IISc) կենսաքիմիայի ամբիոնի հետազոտողները հայտնաբերել են վաղուց որոնված մեխանիզմ, որն օգտագործվում է պարզունակ ցամաքային բույսերի, ինչպիսիք են բրիոֆիտները (ներառյալ մամուռներն ու լյարդի խոտաբույսերը), կողմից՝կարգավորել բույսերի աճը– մեխանիզմ, որը պահպանվել է նաև վերջերս զարգացած ծաղկավոր բույսերում։

Nature Chemical Biology ամսագրում հրապարակված ուսումնասիրությունը կենտրոնանում է DELLA սպիտակուցի ոչ դասական կարգավորման վրա, որը աճի գլխավոր կարգավորիչ է, որը կարող է արգելակել բջիջների բաժանումը սաղմնային բույսերում (ցամաքային բույսեր):
«DELLA-ն գործում է որպես արագության խոչընդոտ, բայց եթե այս արագության խոչընդոտը անընդհատ առկա է, բույսը չի կարող շարժվել», - բացատրում է կենսաքիմիայի դոցենտ և ուսումնասիրության համահեղինակ Դեբաբրատա Լահան: Հետևաբար, DELLA սպիտակուցների քայքայումը կարևոր է բույսերի աճը խթանելու համար: Ծաղկող բույսերում DELLA-ն քայքայվում է, երբ ֆիտոհորմոնըգիբերելին (Ջորջիա)կապվում է իր GID1 ընկալիչին՝ առաջացնելով GA-GID1-DELLA համալիրը։ Հետագայում DELLA ճնշող սպիտակուցը կապվում է ուբիկվիտինային շղթաներին և քայքայվում 26S պրոտեասոմի կողմից։
Հետաքրքիր է, որ բրիոֆիտները առաջին բույսերից էին, որոնք գաղութացրել են ցամաքը մոտ 500 միլիոն տարի առաջ։ Չնայած նրանք արտադրում են ֆիտոհորմոն գիբերելին (GA), նրանք չունեն GID1 ընկալիչ։ Սա հարց է առաջացնում. ինչպե՞ս էին կարգավորվում այս վաղ ցամաքային բույսերի աճն ու զարգացումը։
Հետազոտողները օգտագործել են CRISPR-Cas9 համակարգը՝ համապատասխան VIH գենը դուրս մղելու համար, այդպիսով հաստատելով VIH-ի դերը: Ֆունկցիոնալ VIH ֆերմենտ չունեցող բույսերը ցուցաբերում են աճի և զարգացման լուրջ արատներ և ձևաբանական անոմալիաներ, ինչպիսիք են խիտ թալոմը, ճառագայթային աճի խանգարումը և բաժակի բացակայությունը: Այս արատները շտկվել են՝ բույսի գենոմը փոփոխելով՝ VIH ֆերմենտի միայն մեկ ծայրը (N-ծայրը) ստանալու համար: Օգտագործելով առաջադեմ քրոմատոգրաֆիայի տեխնիկա, հետազոտական ​​​​խումբը պարզել է, որ N-ծայրը պարունակում է կինազային դոմեն, որը կատալիզացնում է InsP₈-ի արտադրությունը:
Հետազոտողները պարզել են, որ DELLA-ն VIH կինազի բջջային թիրախներից մեկն է։ Ավելին, նրանք նկատել են, որ MpVIH-ի դեֆիցիտ ունեցող բույսերի ֆենոտիպը նման էր Miscanthus multiforme բույսերի ֆենոտիպին՝ DELLA-ի արտահայտման բարձրացմամբ։
«Այս փուլում մենք անհամբեր սպասում ենք պարզելու, թե արդյոք DELLA-ի կայունությունը կամ ակտիվությունը բարելավվում է MpVIH-ի պակաս ունեցող բույսերում», - ասաց Պրիյանշի Ռանան, Լահեյի հետազոտական ​​խմբի դոկտորանտ և հոդվածի առաջին հեղինակը: Համապատասխանելով իրենց վարկածին, հետազոտողները պարզել են, որ DELLA-ի արգելակումը զգալիորեն վերականգնել է MpVIH մուտանտ բույսերի աճի և զարգացման թերությունները: Այս արդյունքները ենթադրում են, որ VIH կինազը բացասաբար է կարգավորում DELLA-ն, դրանով իսկ խթանելով բույսերի աճը և զարգացումը:
Հետազոտողները համատեղել են գենետիկական, կենսաքիմիական և կենսաֆիզիկական մեթոդներ՝ պարզաբանելու համար այն մեխանիզմը, որով ինոզիտոլ պիրոֆոսֆատը կարգավորում է DELLA սպիտակուցի արտահայտությունը այս բրիոֆիտում: Մասնավորապես, MpVIH-ի կողմից արտադրվող InsP₈-ն կապվում է MpDELLA սպիտակուցի հետ՝ խթանելով դրա պոլիուբիկվիտինացումը, որն էլ իր հերթին հանգեցնում է այս ռեպրեսոր սպիտակուցի քայքայմանը պրոտեասոմի կողմից:
DELLA սպիտակուցի վերաբերյալ հետազոտությունները սկիզբ են առնում դեռևս «Կանաչ հեղափոխությունից», երբ գիտնականները անգիտակցաբար օգտագործեցին դրա ներուժը՝ բարձր բերքատվություն ունեցող կիսագաճաճ տեսակներ ստեղծելու համար: Չնայած դրա գործողության մեխանիզմն այդ ժամանակ անհայտ էր, ժամանակակից տեխնոլոգիաները հնարավորություն են տվել գիտնականներին օգտագործել գեների խմբագրում՝ այս սպիտակուցի գործառույթը մանիպուլյացնելու համար, այդպիսով արդյունավետորեն բարձրացնելով բերքատվությունը:
«Բնակչության աճի և վարելահողերի կրճատման հետ մեկտեղ, բերքատվության աճը դարձել է կարևորագույն խնդիր», - ասել է Ռահան։ Հաշվի առնելով, որ InsP₈-ի կողմից կարգավորվող DELLA-ի քայքայումը կարող է լայնորեն տարածված լինել սաղմնային բույսերում, այս հայտնագործությունը կարող է հիմք հանդիսանալ հաջորդ սերնդի բարձր բերքատվություն ունեցող մշակաբույսերի զարգացման համար։