Intian tiedeinstituutin (IISc) biokemian laitoksen tutkijat ovat löytäneet kauan etsityn mekanismin, jota primitiiviset maakasvit, kuten sammalet (mukaan lukien sammaleet ja maksayrtit), käyttävät...säädellä kasvien kasvua– mekanismi, joka on säilynyt myös uudemmissa kehittyneissä kukkakasveissa.
Nature Chemical Biology -lehdessä julkaistu tutkimus keskittyy DELLA-proteiinin epäklassiseen säätelyyn. DELLA on kasvunsäätelijä, joka voi estää solujen jakautumista alkion kasveissa (maakasveissa).
”DELLA toimii kuin hidastetöyssy, mutta jos tämä hidastetöyssy on jatkuvasti läsnä, kasvi ei voi liikkua”, selittää biokemian apulaisprofessori ja tutkimuksen toinen kirjoittaja Debabrata Laha. Siksi DELLA-proteiinien hajoaminen on kriittistä kasvien kasvun edistämiselle. Kukkakasveissa DELLA hajoaa, kun kasvihormonigibberelliini (GA)sitoutuu reseptoriinsa GID1 muodostaen GA-GID1-DELLA-kompleksin. Tämän jälkeen DELLA-repressoriproteiini sitoutuu ubikitiiniketjuihin ja 26S-proteasomi hajottaa sen.
Mielenkiintoista kyllä, sammalet olivat ensimmäisten maalle asettuneiden kasvien joukossa noin 500 miljoonaa vuotta sitten. Vaikka ne tuottavat gibberelliini-fytohormonia (GA), niiltä puuttuu GID1-reseptori. Tämä herättää kysymyksen: miten näiden varhaisten maakasvien kasvua ja kehitystä säädeltiin?
Tutkijat käyttivät CRISPR-Cas9-järjestelmää vastaavan VIH-geenin poistuuttamiseen, mikä vahvisti VIH:n roolin. Kasveilla, joilta puuttuu toimiva VIH-entsyymi, on vakavia kasvu- ja kehitysvaurioita sekä morfologisia poikkeavuuksia, kuten tiheä tallus, heikentynyt säteittäinen kasvu ja verhiön puute. Nämä puutteet korjattiin muokkaamalla kasvin genomia siten, että VIH-entsyymistä muodostui vain toinen pää (N-terminaali). Käyttämällä edistyneitä kromatografiatekniikoita tutkimusryhmä havaitsi, että N-terminaali sisältää kinaasidomeenin, joka katalysoi InsP₈:n tuotantoa.
Tutkijat havaitsivat, että DELLA on yksi VIH-kinaasin solukohteista. Lisäksi he havaitsivat, että MpVIH-puutteisten kasvien fenotyyppi oli samanlainen kuin Miscanthus multiforme -kasvien, joilla oli lisääntynyt DELLA-ilmentymä.
”Tässä vaiheessa haluamme kovasti selvittää, paraneeko DELLA:n stabiilius tai aktiivisuus MpVIH-puutteellisissa kasveissa”, sanoo Priyanshi Rana, Laheyn tutkimusryhmän tohtoriopiskelija ja artikkelin ensimmäinen kirjoittaja. Hypoteesinsa mukaisesti tutkijat havaitsivat, että DELLA:n esto korjasi merkittävästi MpVIH-mutanttikasvien kasvu- ja kehityshäiriöitä. Nämä löydökset viittaavat siihen, että VIH-kinaasi säätelee DELLA:a negatiivisesti, edistäen siten kasvien kasvua ja kehitystä.
Tutkijat yhdistivät geneettisiä, biokemiallisia ja biofysikaalisia menetelmiä selvittääkseen mekanismia, jolla inositolipyrofosfaatti säätelee DELLA-proteiinin ilmentymistä tässä sammalessa. Tarkemmin sanottuna MpVIH:n tuottama InsP₈ sitoutuu MpDELLA-proteiiniin edistäen sen polyubikitinaatiota, mikä puolestaan johtaa tämän repressoriproteiinin hajoamiseen proteasomissa.
DELLA-proteiinin tutkimus juontaa juurensa vihreän vallankumouksen aikaan, jolloin tiedemiehet tietämättään hyödynsivät sen potentiaalia luodakseen runsaasti satoa tuottavia puolikääpiölajikkeita. Vaikka sen vaikutusmekanismi oli tuolloin tuntematon, nykyteknologiat ovat mahdollistaneet tiedemiehille geenimuokkauksen käytön tämän proteiinin toiminnan manipuloimiseksi ja siten satojen tehokkaaksi lisäämiseksi.
”Väestönkasvun ja viljelykelpoisen maan vähenemisen myötä satojen kasvattaminen on tullut kriittiseksi”, Raha sanoi. Koska InsP₈:n säätelemä DELLA-geenien hajoaminen voi olla laajalle levinnyttä alkiovaiheessa olevissa kasveissa, tämä löytö voisi tasoittaa tietä seuraavan sukupolven runsassatoisten viljelykasvien kehittämiselle.
Julkaisuaika: 31.10.2025