Исследователи из отдела биохимии Индийского института наук (IISc) обнаружили давно искомый механизм, используемый примитивными наземными растениями, такими как мхи (включая мхи и печеночники), длярегулировать рост растений– механизм, который также сохранился у более недавно эволюционировавших цветковых растений.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemical Biology, посвящено неклассической регуляции белка DELLA, основного регулятора роста, способного ингибировать деление клеток в эмбриональных растениях (наземных растениях).
«DELLA действует как препятствие, но если это препятствие постоянно присутствует, растение не может двигаться», — объясняет Дебабрата Лаха, доцент кафедры биохимии и соавтор исследования. Поэтому деградация белков DELLA имеет решающее значение для стимулирования роста растений. У цветковых растений DELLA деградирует под действием фитогормонагиббереллин (GA)связывается со своим рецептором GID1, образуя комплекс GA-GID1-DELLA. Впоследствии белок-репрессор DELLA связывается с цепями убиквитина и деградирует под действием 26S протеасомы.
Интересно, что мхи были одними из первых растений, заселивших сушу примерно 500 миллионов лет назад. Хотя они вырабатывают фитогормон гиббереллин (ГА), у них отсутствует рецептор GID1. Это поднимает 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 серьезные дефекты роста и развития, а также морфологические аномалии, такие как плотный таллом, нарушение радиального роста и отсутствие чашечки. Эти дефекты были исправлены путем модификации генома растения таким образом, чтобы получить только один конец (N-конец) фермента VIH. Используя передовые методы хроматографии, исследовательская группа обнаружила, что N-конец содержит киназный домен, который катализирует образование InsP₈.
Исследователи обнаружили, что DELLA является одной из клеточных мишеней киназы VIH. Кроме того, они заметили, что фенотип растений с дефицитом MpVIH был аналогичен фенотипу 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, аспирантка исследовательской группы Лахея и первый автор статьи. В соответствии со своей гипотезой, исследователи обнаружили, что ингибирование DELLA значительно восстанавливает дефекты роста и развития у мутантных растений MpVIH. Эти результаты свидетельствуют о том, что киназа VIH отрицательно 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 мха. 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 начались еще во времена «зеленой революции», когда ученые, сами того не подозревая, использовали его потенциал для создания высокоурожайных полукарликовых сортов. Хотя механизм его действия в то время был неизвестен, современные технологии позволили ученым использовать редактирование генов для манипулирования функцией этого белка, тем самым эффективно увеличивая урожайность сельскохозяйственных культур.
«В условиях роста населения и сокращения пахотных земель повышение урожайности сельскохозяйственных культур стало критически важным», — сказал Раха. Учитывая, что регулируемая InsP₈ деградация DELLA может быть широко распространена в эмбриональных растениях, это открытие может проложить путь к разработке высокоурожайных культур следующего поколения.
Дата публикации: 31 октября 2025 г.