محققان دپارتمان بیوشیمی موسسه علوم هند (IISc) مکانیسمی را کشف کردهاند که مدتها مورد توجه گیاهان خشکیزی اولیه مانند خزهها (از جمله خزهها و گیاهان جگردار) قرار میگرفت.تنظیم رشد گیاه- مکانیسمی که در گیاهان گلدار جدیدتر نیز حفظ شده است.
این مطالعه که در مجله Nature Chemical Biology منتشر شده است، بر تنظیم غیرکلاسیک پروتئین DELLA، یک تنظیمکننده رشد اصلی که میتواند تقسیم سلولی را در گیاهان جنینی (گیاهان خشکیزی) مهار کند، تمرکز دارد.
دبابراتا لاها، دانشیار بیوشیمی و یکی از نویسندگان این مطالعه، توضیح میدهد: «DELLA مانند یک سرعتگیر عمل میکند، اما اگر این سرعتگیر دائماً وجود داشته باشد، گیاه نمیتواند حرکت کند.» بنابراین، تخریب پروتئینهای DELLA برای تقویت رشد گیاه بسیار مهم است. در گیاهان گلدار، DELLA زمانی تخریب میشود که هورمون گیاهیجیبرلین (GA)به گیرنده خود GID1 متصل میشود و کمپلکس GA-GID1-DELLA را تشکیل میدهد. متعاقباً، پروتئین سرکوبگر DELLA به زنجیرههای یوبیکوئیتین متصل شده و توسط پروتئازوم 26S تجزیه میشود.
جالب توجه است که بریوفیتها از اولین گیاهانی بودند که تقریباً ۵۰۰ میلیون سال پیش در خشکی ساکن شدند. اگرچه آنها هورمون گیاهی جیبرلین (GA) تولید میکنند، اما فاقد گیرنده GID1 هستند. این موضوع این سوال را مطرح میکند: رشد و نمو این گیاهان اولیه خشکی چگونه تنظیم میشد؟
محققان از سیستم CRISPR-Cas9 برای از کار انداختن ژن VIH مربوطه استفاده کردند و در نتیجه نقش VIH را تأیید کردند. گیاهانی که فاقد آنزیم VIH عملکردی هستند، نقصهای شدید رشد و نمو و ناهنجاریهای مورفولوژیکی مانند تالوس متراکم، اختلال در رشد شعاعی و فقدان کاسه گل را نشان میدهند. این نقصها با اصلاح ژنوم گیاه برای تولید تنها یک انتها (انتهای N) آنزیم VIH اصلاح شدند. تیم تحقیقاتی با استفاده از تکنیکهای پیشرفته کروماتوگرافی کشف کرد که انتهای N حاوی یک دامنه کیناز است که تولید InsP₈ را کاتالیز میکند.
محققان کشف کردند که DELLA یکی از اهداف سلولی کیناز VIH است. علاوه بر این، آنها مشاهده کردند که فنوتیپ گیاهان دارای کمبود MpVIH مشابه گیاهان Miscanthus multiforme با بیان افزایش یافته DELLA است.
پریانشی رانا، دانشجوی دکترا در گروه تحقیقاتی لاهی و نویسنده اول مقاله، گفت: «در این مرحله، ما مشتاقیم مشخص کنیم که آیا پایداری یا فعالیت DELLA در گیاهان دارای کمبود MpVIH افزایش مییابد یا خیر.» محققان مطابق با فرضیه خود دریافتند که مهار DELLA به طور قابل توجهی نقصهای رشد و نمو را در گیاهان جهشیافته MpVIH ترمیم میکند. این یافتهها نشان میدهد که کیناز VIH به طور منفی DELLA را تنظیم میکند و در نتیجه رشد و نمو گیاه را تقویت میکند.
محققان روشهای ژنتیکی، بیوشیمیایی و بیوفیزیکی را برای روشن کردن مکانیسمی که از طریق آن اینوزیتول پیروفسفات بیان پروتئین DELLA را در این بریوفیت تنظیم میکند، ترکیب کردند. به طور خاص، InsP₈ که توسط MpVIH تولید میشود، به پروتئین MpDELLA متصل میشود و پلییوبیکوئیتیناسیون آن را افزایش میدهد که به نوبه خود منجر به تخریب این پروتئین سرکوبگر توسط پروتئازوم میشود.
تحقیقات روی پروتئین DELLA به انقلاب سبز برمیگردد، زمانی که دانشمندان ناآگاهانه از پتانسیل آن برای ایجاد گونههای نیمهپاکوتاه با عملکرد بالا بهرهبرداری کردند. اگرچه مکانیسم عمل آن در آن زمان ناشناخته بود، اما فناوریهای مدرن دانشمندان را قادر ساخته است تا از ویرایش ژن برای دستکاری عملکرد این پروتئین استفاده کنند و از این طریق به طور مؤثر عملکرد محصولات کشاورزی را افزایش دهند.
رها گفت: «با رشد جمعیت و کاهش زمینهای زراعی، افزایش بازده محصولات کشاورزی به امری حیاتی تبدیل شده است.» با توجه به اینکه تخریب DELLA تنظیمشده توسط InsP₈ میتواند در گیاهان جنینی گسترده باشد، این کشف میتواند راه را برای توسعه محصولات پربازده نسل بعدی هموار کند.
زمان ارسال: ۳۱ اکتبر ۲۰۲۵