Исследователи из отдела биохимии Индийского института наук (IISc) обнаружили давно искомый механизм, используемый примитивными наземными растениями, такими как бриофиты (включая мхи и печеночники), чтобырегулировать рост растений– механизм, который сохранился и у более поздних цветковых растений.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemical Biology, фокусируется на неклассической регуляции белка DELLA — главного регулятора роста, который может ингибировать деление клеток у эмбриональных растений (наземных растений).
«DELLA действует как «лежачий полицейский», но если этот «лежачий полицейский» присутствует постоянно, растение не может двигаться», — объясняет Дебабрата Лаха, доцент кафедры биохимии и соавтор исследования. Следовательно, деградация белков DELLA критически важна для стимуляции роста растений. У цветковых растений DELLA деградирует под действием фитогормона.гиббереллин (ГА)связывается со своим рецептором GID1, образуя комплекс GA-GID1-DELLA. Затем белок-репрессор DELLA связывается с цепями убиквитина и расщепляется 26S протеасомой.
Интересно, что мохообразные были одними из первых растений, колонизировавших сушу примерно 500 миллионов лет назад. Хотя они вырабатывают фитогормон гиббереллин (ГА), у них отсутствует рецептор GID1. Возникает вопрос: как регулировались рост и развитие этих ранних наземных растений?
Исследователи использовали систему CRISPR-Cas9 для нокаута соответствующего гена VIH, тем самым подтвердив роль VIH. Растения, лишенные функционального фермента VIH, демонстрируют серьёзные дефекты роста и развития, а также морфологические аномалии, такие как плотный таллом, нарушение радиального роста и отсутствие чашечки. Эти дефекты были исправлены путём модификации генома растения таким образом, чтобы формировался только один конец (N-конец) фермента VIH. Используя передовые методы хроматографии, исследовательская группа обнаружила, что N-конец содержит киназный домен, катализирующий продукцию InsP₈.
Исследователи обнаружили, что DELLA является одной из клеточных мишеней киназы VIH. Более того, они наблюдали, что фенотип растений с дефицитом MpVIH был схож с фенотипом растений Miscanthus multiforme с повышенной экспрессией DELLA.
«На данном этапе мы стремимся определить, повышается ли стабильность или активность DELLA в растениях с дефицитом MpVIH», — сказала Приянши Рана, докторант исследовательской группы Лэхи и первый автор статьи. В соответствии с их гипотезой, исследователи обнаружили, что ингибирование DELLA значительно восстанавливает дефекты роста и развития растений-мутантов MpVIH. Эти результаты свидетельствуют о том, что VIH-киназа негативно регулирует DELLA, тем самым способствуя росту и развитию растений.
Исследователи объединили генетические, биохимические и биофизические методы, чтобы выяснить механизм, посредством которого инозитолпирофосфат регулирует экспрессию белка DELLA у этого бриофита. В частности, InsP₈, продуцируемый MpVIH, связывается с белком MpDELLA, способствуя его полиубиквитинированию, что, в свою очередь, приводит к деградации этого белка-репрессора протеасомой.
Исследования белка DELLA восходят к временам Зелёной революции, когда учёные, сами того не осознавая, использовали его потенциал для создания высокоурожайных полукарликовых сортов. Хотя механизм его действия в то время был неизвестен, современные технологии позволили учёным использовать редактирование генов для управления функцией этого белка, тем самым эффективно повышая урожайность.
«В условиях роста населения и сокращения пахотных земель повышение урожайности стало критически важным», — сказал Раха. Учитывая, что деградация DELLA, регулируемая InsP₈, может широко распространяться в эмбриональных растениях, это открытие может проложить путь к созданию высокоурожайных сельскохозяйственных культур следующего поколения.
Время публикации: 31 октября 2025 г.