Onderzoekers van de afdeling Biochemie van het Indian Institute of Sciences (IISc) hebben een lang gezocht mechanisme ontdekt dat wordt gebruikt door primitieve landplanten zoals bryofyten (waaronder mossen en levermossen) omreguleren van plantengroei– een mechanisme dat ook bewaard is gebleven bij recenter geëvolueerde bloeiende planten.
De studie, 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 drempel constant aanwezig is, kan de plant niet vooruitkomen", legt Debabrata Laha, universitair docent biochemie en mede-auteur van de studie, uit. De afbraak van DELLA-eiwitten is daarom cruciaal voor de plantengroei. Bij bloeiende planten wordt DELLA afgebroken wanneer het fytohormoongibberelline (GA)Het bindt aan zijn receptor GID1 en vormt zo het GA-GID1-DELLA-complex. Vervolgens bindt het DELLA-repressoreiwit aan ubiquitineketens en wordt het afgebroken door het 26S-proteasoom.
Interessant genoeg behoorden mossen tot de eerste planten die het land koloniseerden, zo'n 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, waarmee ze de rol van VIH bevestigden. Planten zonder een functioneel VIH-enzym vertonen ernstige groei- en ontwikkelingsstoornissen en morfologische afwijkingen, zoals een dichte thallus, een verminderde radiale groei en het ontbreken van een kelk. Deze defecten werden gecorrigeerd door het plantengenoom te modificeren, zodat slechts één uiteinde (de N-terminus) van het VIH-enzym werd geproduceerd. 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 een verhoogde DELLA-expressie.
"In dit stadium willen we graag vaststellen of de stabiliteit of activiteit van DELLA wordt versterkt in MpVIH-deficiënte planten", 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 groei en ontwikkeling van planten bevordert.
De onderzoekers combineerden genetische, biochemische en biofysische methoden om het mechanisme te ontrafelen waarmee inositolpyrofosfaat de expressie van het DELLA-eiwit in deze mossoort reguleert. InsP₈, geproduceerd door MpVIH, bindt zich specifiek aan het MpDELLA-eiwit, waardoor de polyubiquitinering ervan wordt bevorderd. Dit leidt vervolgens 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 benutten om hoogproductieve halfdwergvariëteiten 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, waardoor de gewasopbrengsten effectief worden verhoogd.
"Met de bevolkingsgroei en de afnemende hoeveelheid landbouwgrond is het verhogen van de gewasopbrengsten cruciaal geworden", aldus Raha. Aangezien InsP₈-gereguleerde DELLA-afbraak wijdverspreid kan zijn in embryonale planten, zou deze ontdekking de weg kunnen vrijmaken voor de ontwikkeling van de volgende generatie hoogproductieve gewassen.
Geplaatst op: 31 oktober 2025