Forskare från institutionen för biokemi vid Indian Institute of Sciences (IISc) har upptäckt en länge eftersökt mekanism som används av primitiva landväxter som mossor (inklusive mossor och levermossor) för attreglera växttillväxt– en mekanism som också har bevarats i mer nyligen utvecklade blommande växter.
Studien, publicerad i tidskriften Nature Chemical Biology, fokuserar på den icke-klassiska regleringen av DELLA-proteinet, en huvudtillväxtregulator som kan hämma celldelning i embryonala växter (landväxter).
”DELLA fungerar som ett farthinder, men om detta farthinder är konstant närvarande kan växten inte röra sig”, förklarar Debabrata Laha, docent i biokemi och medförfattare till studien. Därför är nedbrytningen av DELLA-proteiner avgörande för att främja växttillväxt. Hos blommande växter bryts DELLA ner när fytohormonetgibberellin (GA)binder till sin receptor GID1 och bildar GA-GID1-DELLA-komplexet. Därefter binder DELLA-repressorproteinet till ubiquitinkedjor och bryts ned av 26S-proteasomen.
Intressant nog var mossor bland de första växterna som koloniserade land, för ungefär 500 miljoner år sedan. Även om de producerar fytohormonet gibberellin (GA), saknar de GID1-receptorn. Detta väcker frågan: hur reglerades tillväxten och utvecklingen av dessa tidiga landväxter?
Forskarna använde CRISPR-Cas9-systemet för att slå ut motsvarande VIH-gen och bekräftade därmed VIH:s roll. Växter som saknar ett fungerande VIH-enzym uppvisar allvarliga tillväxt- och utvecklingsdefekter och morfologiska avvikelser, såsom tät thallus, försämrad radiell tillväxt och brist på blomfoder. Dessa defekter korrigerades genom att modifiera växtgenomet för att producera endast en ände (N-terminalen) av VIH-enzymet. Med hjälp av avancerade kromatografitekniker upptäckte forskargruppen att N-terminalen innehåller en kinasdomän som katalyserar produktionen av InsP₈.
Forskarna upptäckte att DELLA är ett av de cellulära målen för VIH-kinas. Dessutom observerade de att fenotypen hos MpVIH-bristfälliga växter liknade den hos Miscanthus multiforme-växter med ökat DELLA-uttryck.
”I detta skede är vi ivriga att avgöra om DELLA-stabilitet eller aktivitet är förbättrad i MpVIH-bristfälliga växter”, säger Priyanshi Rana, doktorand i Laheys forskargrupp och artikelns förstaförfattare. I överensstämmelse med deras hypotes fann forskarna att DELLA-hämning signifikant återställde tillväxt- och utvecklingsdefekterna i MpVIH-mutantväxter. Dessa fynd tyder på att VIH-kinas negativt reglerar DELLA och därigenom främjar växttillväxt och utveckling.
Forskarna kombinerade genetiska, biokemiska och biofysiska metoder för att belysa mekanismen genom vilken inositolpyrofosfat reglerar DELLA-proteinuttryck i denna bryofyt. Mer specifikt binder InsP₈, producerat av MpVIH, till MpDELLA-proteinet, vilket främjar dess polyubiquitinering, vilket i sin tur leder till nedbrytning av detta repressorprotein av proteasomen.
Forskning om DELLA-proteinet går tillbaka till den gröna revolutionen, då forskare omedvetet utnyttjade dess potential att skapa högavkastande halvdvärgsorter. Även om dess verkningsmekanism var okänd vid den tiden har modern teknik gjort det möjligt för forskare att använda genredigering för att manipulera proteinets funktion och därigenom effektivt öka skördarna.
”Med befolkningstillväxt och krympande åkermark har ökande skördar blivit avgörande”, sa Raha. Med tanke på att InsP₈-reglerad DELLA-nedbrytning kan vara utbredd i embryonala växter, skulle denna upptäckt kunna bana väg för utvecklingen av nästa generations högavkastande grödor.
Publiceringstid: 31 oktober 2025