მკვლევრებმა მცენარეებში DELLA ცილის რეგულირების მექანიზმი აღმოაჩინეს.

ინდოეთის მეცნიერებათა ინსტიტუტის (IISc) ბიოქიმიის დეპარტამენტის მკვლევრებმა აღმოაჩინეს დიდი ხნის ნანატრი მექანიზმი, რომელსაც იყენებენ პრიმიტიული ხმელეთის მცენარეები, როგორიცაა ბრიოფიტები (მათ შორის ხავსები და ღვიძლის ფოთლოვანი მცენარეები).მცენარის ზრდის რეგულირება– მექანიზმი, რომელიც ასევე შენარჩუნებულია უფრო ახლახან განვითარებულ ყვავილოვან მცენარეებში.

ჟურნალ „Nature Chemical Biology“-ში გამოქვეყნებული კვლევა DELLA ცილის არაკლასიკურ რეგულირებაზეა ფოკუსირებული, რომელიც ზრდის მთავარი რეგულატორია და რომელსაც ემბრიონულ მცენარეებში (ხმელეთის მცენარეებში) უჯრედების დაყოფის დათრგუნვა შეუძლია.
„DELLA სიჩქარის შემზღუდველივით მოქმედებს, მაგრამ თუ ეს სიჩქარის შემზღუდველი მუდმივად არსებობს, მცენარე ვერ მოძრაობს“, - განმარტავს ბიოქიმიის ასოცირებული პროფესორი და კვლევის თანაავტორი დებაბრატა ლაჰა. ამიტომ, DELLA ცილების დეგრადაცია კრიტიკულად მნიშვნელოვანია მცენარის ზრდის ხელშეწყობისთვის. ყვავილოვან მცენარეებში DELLA დეგრადირდება, როდესაც ფიტოჰორმონიგიბერელინი (GA)უკავშირდება მის რეცეპტორ GID1-ს, წარმოქმნის GA-GID1-DELLA კომპლექსს. შემდგომში, DELLA რეპრესორული ცილა უკავშირდება უბიქვიტინის ჯაჭვებს და იშლება 26S პროტეასომის მიერ.
საინტერესოა, რომ ბრიოფიტები პირველ მცენარეებს შორის იყვნენ, რომლებმაც დაახლოებით 500 მილიონი წლის წინ ხმელეთი დაასახლეს. მიუხედავად იმისა, რომ ისინი ფიტოჰორმონ გიბერელს (GA) გამოიმუშავებენ, მათ არ აქვთ GID1 რეცეპტორი. ეს კითხვას ბადებს: როგორ რეგულირდებოდა ამ ადრეული ხმელეთის მცენარეების ზრდა და განვითარება?
მკვლევრებმა გამოიყენეს CRISPR-Cas9 სისტემა შესაბამისი VIH გენის გასანეიტრალებლად, რითაც დაადასტურეს VIH-ის როლი. მცენარეებს, რომლებსაც არ აქვთ ფუნქციური VIH ფერმენტი, აღენიშნებათ ზრდისა და განვითარების მძიმე დეფექტები და მორფოლოგიური ანომალიები, როგორიცაა მკვრივი თალუსი, რადიალური ზრდის დარღვევა და ფიალის არარსებობა. ეს დეფექტები გამოსწორდა მცენარის გენომის მოდიფიკაციით, რათა წარმოიქმნას VIH ფერმენტის მხოლოდ ერთი ბოლო (N-ბოლო). მოწინავე ქრომატოგრაფიული ტექნიკის გამოყენებით, კვლევითმა ჯგუფმა აღმოაჩინა, რომ N-ბოლო შეიცავს კინაზას დომენს, რომელიც კატალიზებს InsP₈-ის წარმოებას.
მკვლევრებმა აღმოაჩინეს, რომ DELLA VIH კინაზას ერთ-ერთი უჯრედული სამიზნეა. გარდა ამისა, მათ დააკვირდნენ, რომ MpVIH-დეფიციტური მცენარეების ფენოტიპი მსგავსი იყო Miscanthus multiforme მცენარეების ფენოტიპისა, რომლებსაც DELLA-ს გაზრდილი ექსპრესია ჰქონდათ.
„ამ ეტაპზე, ჩვენ მოუთმენლად ველით იმის დადგენას, გაუმჯობესებულია თუ არა DELLA-ს სტაბილურობა ან აქტივობა MpVIH-დეფიციტურ მცენარეებში“, - თქვა პრიანში რანამ, ლაჰეის კვლევითი ჯგუფის დოქტორანტმა და ნაშრომის პირველმა ავტორმა. მათი ჰიპოთეზის შესაბამისად, მკვლევრებმა აღმოაჩინეს, რომ DELLA-ს ინჰიბირებამ მნიშვნელოვნად აღადგინა ზრდისა და განვითარების დეფექტები MpVIH მუტანტურ მცენარეებში. ეს დასკვნები მიუთითებს, რომ VIH კინაზა უარყოფითად არეგულირებს DELLA-ს, რითაც ხელს უწყობს მცენარის ზრდას და განვითარებას.
მკვლევრებმა გააერთიანეს გენეტიკური, ბიოქიმიური და ბიოფიზიკური მეთოდები, რათა გაერკვიათ მექანიზმი, რომლითაც ინოზიტოლ პიროფოსფატი არეგულირებს DELLA ცილის ექსპრესიას ამ ბრიოფიტში. კერძოდ, MpVIH-ის მიერ წარმოებული InsP₈ უკავშირდება MpDELLA ცილას, რაც ხელს უწყობს მის პოლიუბიკვიტირებას, რაც თავის მხრივ იწვევს ამ რეპრესორული ცილის დეგრადაციას პროტეაზომის მიერ.
DELLA ცილის კვლევა მწვანე რევოლუციის დროიდან იწყება, როდესაც მეცნიერებმა გაუცნობიერებლად გამოიყენეს მისი პოტენციალი მაღალმოსავლიანი ნახევრად ჯუჯა ჯიშების შესაქმნელად. მიუხედავად იმისა, რომ მისი მოქმედების მექანიზმი იმ დროს უცნობი იყო, თანამედროვე ტექნოლოგიებმა მეცნიერებს საშუალება მისცა გენების რედაქტირებით მანიპულირება მოეხდინათ ამ ცილის ფუნქციისთვის, რითაც ეფექტურად გაეზარდათ მოსავლიანობა.
„მოსახლეობის ზრდასთან და სახნავ-სათესი მიწების შემცირებასთან ერთად, მოსავლიანობის ზრდა კრიტიკულად მნიშვნელოვანი გახდა“, - თქვა რაჰამ. იმის გათვალისწინებით, რომ InsP₈-ით რეგულირებული DELLA-ს დეგრადაცია შეიძლება ფართოდ იყოს გავრცელებული ემბრიონულ მცენარეებში, ამ აღმოჩენამ შესაძლოა გზა გაუხსნას ახალი თაობის მაღალმოსავლიანი კულტურების განვითარებას.