חוקרים חשפו את המנגנון של ויסות חלבון DELLA בצמחים.

חוקרים מהמחלקה לביוכימיה במכון ההודי למדעים (IISc) גילו מנגנון שחיפשו זמן רב, בו משתמשים צמחי יבשה פרימיטיביים כמו בריופיטים (כולל טחבים וצמחי כבד) כדי...לווסת את צמיחת הצמחים– מנגנון שנשמר גם בצמחים פורחים שהתפתחו לאחרונה.

המחקר, שפורסם בכתב העת Nature Chemical Biology, מתמקד בוויסות הלא קלאסי של חלבון DELLA, מווסת גדילה עיקרי שיכול לעכב חלוקת תאים בצמחים עובריים (צמחי יבשה).
"חלבון DELLA פועל כמו פסי האטה, אך אם פסי האטה אלו נוכחים כל הזמן, הצמח אינו יכול לזוז", מסבירה דברטה להה, פרופסור חבר לביוכימיה ושותפה לכתיבת המחקר. לכן, פירוק חלבוני DELLA הוא קריטי לקידום צמיחת הצמחים. בצמחים פורחים, DELLA מתפרק כאשר הפיטוהורמון...ג'יברלין (GA)נקשר לקולטן GID1 שלו, ויוצר את הקומפלקס GA-GID1-DELLA. לאחר מכן, חלבון הרפרסור DELLA נקשר לשרשראות יוביקוויטין ומתפרק על ידי הפרוטאזום 26S.
מעניין לציין, כי בריופיטים היו בין הצמחים הראשונים שהתיישבו על היבשה, לפני כ-500 מיליון שנה. למרות שהם מייצרים את הפיטוהורמון גיבברלין (GA), חסר להם את הקולטן GID1. זה מעלה את השאלה: כיצד הווסתו הצמיחה וההתפתחות של צמחי היבשה המוקדמים הללו?
החוקרים השתמשו במערכת CRISPR-Cas9 כדי לחסל את הגן VIH המתאים, ובכך לאשר את תפקידו של VIH. צמחים חסרי אנזים VIH פונקציונלי מפגינים פגמי גדילה והתפתחות חמורים ואנומליות מורפולוגיות, כגון תאלוס צפוף, צמיחה רדיאלית לקויה וחוסר גביע. פגמים אלה תוקנו על ידי שינוי גנום הצמח כך שייצר רק קצה אחד (הקצה ה-N) של האנזים VIH. באמצעות טכניקות כרומטוגרפיה מתקדמות, צוות המחקר גילה כי הקצה ה-N מכיל תחום קינאז המזרז את ייצור ה-InsP₈.
החוקרים גילו ש-DELLA היא אחת המטרות התאיות של VIH קינאז. יתר על כן, הם הבחינו שהפנוטיפ של צמחים חסרי MpVIH דומה לזה של צמחי Miscanthus multiforme עם ביטוי מוגבר של DELLA.
"בשלב זה, אנו להוטים לקבוע האם יציבות או פעילות DELLA משופרת בצמחים חסרי MpVIH", אמר פריינשי ראנה, דוקטורנטית בקבוצת המחקר של להיי והמחברת הראשונה של המאמר. בהתאם להשערתם, החוקרים מצאו כי עיכוב DELLA שיקום משמעותית את פגמי הגדילה וההתפתחות בצמחים מוטנטיים מסוג MpVIH. ממצאים אלה מצביעים על כך ש-VIH קינאז מווסת באופן שלילי את DELLA, ובכך מקדם גדילה והתפתחות של צמחים.
החוקרים שילבו שיטות גנטיות, ביוכימיות וביופיזיקליות כדי להבהיר את המנגנון שבו אינוזיטול פירופוספט מווסת את ביטוי חלבון DELLA בבריופיט זה. באופן ספציפי, InsP₈, המיוצר על ידי MpVIH, נקשר לחלבון MpDELLA, ומקדם את הפיכתו לפוליאוביקוויטינציה, מה שמוביל בתורו לפירוק חלבון מדכא זה על ידי הפרוטאזום.
המחקר על חלבון DELLA מתוארך למהפכה הירוקה, כאשר מדענים ניצלו, מבלי דעת, את הפוטנציאל שלו ליצירת זנים חצי-גמדיים בעלי תפוקה גבוהה. למרות שמנגנון הפעולה שלו לא היה ידוע באותה תקופה, טכנולוגיות מודרניות אפשרו למדענים להשתמש בעריכת גנים כדי לתמרן את תפקודו של חלבון זה, ובכך להגדיל ביעילות את יבולי היבולים.
"עם גידול האוכלוסייה והצטמקות אדמות עיבוד, הגדלת יבולי היבולים הפכה קריטית", אמר ראהא. בהתחשב בכך שפירוק DELLA המווסת על ידי InsP₈ יכול להיות נפוץ בצמחים עובריים, תגלית זו עשויה לסלול את הדרך לפיתוח גידולים בעלי תפוקה גבוהה מהדור הבא.