Onderzoekers van de afdeling Biochemie van het Indian Institute of Sciences (IISc) hebben een lang gezocht mechanisme ontdekt dat door primitieve landplanten zoals bryofyten (waaronder mossen en levermossen) wordt gebruikt omde plantengroei reguleren– een mechanisme dat ook bewaard is gebleven in meer recent geëvolueerde bloeiende planten.
Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Chemical Biology, richt zich op de niet-klassieke regulatie van het DELLA-eiwit, een belangrijke groeiregulator die de celdeling in embryonale planten (landplanten) kan remmen.
"DELLA werkt als een verkeersdrempel, maar als deze constant aanwezig is, kan de plant zich niet verplaatsen", legt Debabrata Laha uit, universitair hoofddocent biochemie en co-auteur van de studie. Daarom is de afbraak van DELLA-eiwitten cruciaal voor de plantengroei. Bij bloeiende planten wordt DELLA afgebroken wanneer het fytohormoongibberelline (GA)bindt zich aan zijn receptor GID1 en vormt zo het GA-GID1-DELLA-complex. Vervolgens bindt het DELLA-repressoreiwit zich aan ubiquitineketens en wordt het afgebroken door het 26S-proteasoom.
Interessant genoeg behoorden bryofyten tot de eerste planten die land koloniseerden, ongeveer 500 miljoen jaar geleden. Hoewel ze het fytohormoon gibberelline (GA) produceren, missen ze de GID1-receptor. Dit roept de vraag op: hoe werden de groei en ontwikkeling van deze vroege landplanten gereguleerd?
De onderzoekers gebruikten het CRISPR-Cas9-systeem om het corresponderende VIH-gen uit te schakelen en zo de rol van VIH te bevestigen. Planten zonder een functioneel VIH-enzym vertonen ernstige groei- en ontwikkelingsstoornissen en morfologische afwijkingen, zoals een dichte thallus, verminderde radiale groei en het ontbreken van een kelk. Deze defecten werden gecorrigeerd door het plantengenoom zodanig aan te passen dat er slechts één uiteinde (de N-terminus) van het VIH-enzym ontstaat. Met behulp van geavanceerde chromatografietechnieken ontdekte het onderzoeksteam dat de N-terminus een kinasedomein bevat dat de productie van InsP₈ katalyseert.
De onderzoekers ontdekten dat DELLA een van de cellulaire doelwitten is van VIH-kinase. Bovendien observeerden ze dat het fenotype van MpVIH-deficiënte planten vergelijkbaar was met dat van Miscanthus multiforme-planten met verhoogde DELLA-expressie.
"In dit stadium zijn we benieuwd of de stabiliteit of activiteit van DELLA wordt versterkt in planten met een MpVIH-deficiëntie", aldus Priyanshi Rana, promovendus in de onderzoeksgroep van Lahey en eerste auteur van het artikel. In overeenstemming met hun hypothese ontdekten de onderzoekers dat remming van DELLA de groei- en ontwikkelingsstoornissen in MpVIH-mutante planten aanzienlijk herstelde. Deze bevindingen suggereren dat VIH-kinase DELLA negatief reguleert en zo de plantengroei en -ontwikkeling bevordert.
De onderzoekers combineerden genetische, biochemische en biofysische methoden om het mechanisme te ontrafelen waarmee inositolpyrofosfaat de DELLA-eiwitexpressie in deze bryofyt reguleert. Specifiek bindt InsP₈, geproduceerd door MpVIH, zich aan het MpDELLA-eiwit en bevordert zo de polyubiquitinatie ervan, wat op zijn beurt leidt tot de afbraak van dit repressoreiwit door het proteasoom.
Onderzoek naar het DELLA-eiwit gaat terug tot de Groene Revolutie, toen wetenschappers onbewust het potentieel ervan exploiteerden om hoogproductieve semi-dwergvariëteiten te creëren. Hoewel het werkingsmechanisme destijds onbekend was, hebben moderne technologieën wetenschappers in staat gesteld om met behulp van genbewerking de functie van dit eiwit te manipuleren en zo de oogstopbrengsten effectief te verhogen.
"Met de bevolkingsgroei en de krimpende landbouwgrond is het verhogen van de gewasopbrengsten cruciaal geworden", aldus Raha. Aangezien InsP₈-gereguleerde DELLA-afbraak wijdverbreid kan zijn in embryonale planten, zou deze ontdekking de weg kunnen vrijmaken voor de ontwikkeling van een volgende generatie hoogproductieve gewassen.
Plaatsingstijd: 31-10-2025