Forscher haben herausgefunden, wie Pflanzen DELLA-Proteine ​​regulieren.

Forscher des Fachbereichs Biochemie am Indian Institute of Sciences (IISc) haben einen lange gesuchten Mechanismus entdeckt.zur Regulierung des Wachstums primitiver Landpflanzen wie Bryophyten (einer Gruppe, zu der Moose und Lebermoose gehören), die auch bei späteren Blütenpflanzen erhalten blieb.
Die in der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology veröffentlichte Studie konzentrierte sich auf die nicht-kanonische Regulation von DELLA-Proteinen, einem zentralen Wachstumsregulator, der die Zellteilung bei Embryophyten (Landpflanzen) unterdrückt.
Interessanterweise fehlt den Bryophyten, den ersten Pflanzen, die vor etwa 500 Millionen Jahren an Land erschienen, der GID1-Rezeptor, obwohl sie das Phytohormon GA produzieren. Dies wirft die Frage auf, wie Wachstum und Entwicklung dieser frühen Landpflanzen reguliert wurden.
Anhand des Lebermooses Marchantia polymorpha als Modellsystem fanden die Forscher heraus, dass diese primitiven Pflanzen ein spezialisiertes Enzym, MpVIH, verwenden, das den zellulären Botenstoff Inositolpyrophosphat (InsP₈) produziert, um DELLA ohne Beteiligung vonGibberellinsäure.
Die Forscher nutzten das CRISPR-Cas9-System, um das Gen für das VIH-Enzym auszuschalten und so dessen Funktion zu bestätigen. Pflanzen ohne funktionsfähiges VIH wiesen schwere Entwicklungsdefekte und morphologische Anomalien auf, wie beispielsweise kompakte Blätter, eingeschränktes Radialwachstum und fehlende Kelchblätter. Diese Defekte konnten durch die Modifizierung des Pflanzengenoms, sodass nur noch ein Ende (der N-Terminus) des VIH-Enzyms exprimiert wurde, beseitigt werden. Mithilfe moderner Chromatographieverfahren entdeckte das Team, dass der N-Terminus eine Kinasedomäne enthält, die die Produktion von InsP₈ katalysiert.
Die Forscher entdeckten, dass DELLA eines der zellulären Zielmoleküle der VIH-Kinase ist. Darüber hinaus beobachteten sie, dass die Phänotypen von MpVIH-defizienten Pflanzen denen von M. polymorpha-Pflanzen mit erhöhter DELLA-Expression ähnelten.
„Wir waren gespannt darauf, ob die Stabilität oder Aktivität von DELLA in MpVIH-defizienten Pflanzen erhöht ist“, sagte Priyanshi Rana, Erstautorin und Doktorandin in Laheys Forschungsgruppe. Entsprechend ihrer Hypothese stellten die Forscher fest, dass die Hemmung von DELLA die Wachstums- und Entwicklungsdefekte von MpVIH-Mutantenpflanzen signifikant verbessern kann. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die VIH-Kinase DELLA negativ reguliert und so das Pflanzenwachstum und die Entwicklung fördert.
Die Erforschung von DELLA-Proteinen reicht bis zur Grünen Revolution zurück, als Wissenschaftler unwissentlich deren Potenzial zur Entwicklung ertragreicher, halbzwergwüchsiger Sorten nutzten. Obwohl die Details ihrer damaligen Arbeit unklar waren, ermöglicht die moderne Technologie Wissenschaftlern heute, die Funktionen dieser Proteine ​​durch Gentechnik zu beeinflussen und so die Ernteerträge effektiv zu steigern.