اكتشف باحثون من قسم الكيمياء الحيوية في المعهد الهندي للعلوم (IISc) آلية طال انتظارها تستخدمها النباتات الأرضية البدائية مثل النباتات الطحلبية (بما في ذلك الطحالب والكبدية)تنظيم نمو النبات- وهي آلية تم الحفاظ عليها أيضًا في النباتات المزهرة التي تطورت مؤخرًا.
تركز الدراسة، التي نشرت في مجلة Nature Chemical Biology، على التنظيم غير الكلاسيكي لبروتين DELLA، وهو منظم نمو رئيسي يمكنه منع انقسام الخلايا في النباتات الجنينية (النباتات البرية).
تشرح ديبابراتا لاها، الأستاذة المساعدة في الكيمياء الحيوية والمؤلفة المشاركة في الدراسة، قائلةً: "يعمل بروتين ديلا كعامل تثبيط، ولكن إذا استمر هذا العامل، فلن يتمكن النبات من الحركة". لذلك، يُعدّ تحلل بروتينات ديلا أمرًا بالغ الأهمية لتعزيز نمو النبات. في النباتات المزهرة، يتحلل بروتين ديلا عندما يتفاعل الهرمون النباتيالجبرلين (GA)يرتبط بمستقبله GID1، مشكلاً مركب GA-GID1-DELLA. بعد ذلك، يرتبط بروتين DELLA الكابت بسلاسل اليوبيكويتين، ويتحلل بواسطة البروتيازوم 26S.
من المثير للاهتمام أن النباتات الطحلبية كانت من أوائل النباتات التي استوطنت الأرض، منذ حوالي 500 مليون سنة. ورغم إنتاجها للهرمون النباتي الجبرلين (GA)، إلا أنها تفتقر إلى مستقبل GID1. وهذا يطرح السؤال التالي: كيف تم تنظيم نمو وتطور هذه النباتات الأرضية المبكرة؟
استخدم الباحثون نظام كريسبر-كاس9 لتعطيل جين VIH المقابل، مما يؤكد دوره. تُظهر النباتات التي تفتقر إلى إنزيم VIH وظيفي عيوبًا شديدة في النمو والتطور، بالإضافة إلى تشوهات مورفولوجية، مثل كثافة الثالوس، وضعف النمو الشعاعي، وغياب الكأس الزهرية. تم تصحيح هذه العيوب بتعديل جينوم النبات لإنتاج طرف واحد فقط (الطرف الأميني) لإنزيم VIH. باستخدام تقنيات كروماتوغرافيا متقدمة، اكتشف فريق البحث أن الطرف الأميني يحتوي على نطاق كيناز يُحفز إنتاج InsP₈.
اكتشف الباحثون أن DELLA هو أحد الأهداف الخلوية لإنزيم VIH kinase. علاوة على ذلك، لاحظوا أن النمط الظاهري للنباتات التي تعاني من نقص MpVIH كان مشابهًا لنباتات Miscanthus multiforme ذات التعبير المتزايد عن DELLA.
في هذه المرحلة، نتطلع إلى تحديد ما إذا كان استقرار أو نشاط DELLA يتعزز في النباتات التي تعاني من نقص MpVIH، وفقًا لبريانيشي رانا، طالبة الدكتوراه في مجموعة لاهي البحثية والمؤلفة الرئيسية للدراسة. وتماشيًا مع فرضيتهم، وجد الباحثون أن تثبيط DELLA أعاد بشكل ملحوظ عيوب النمو والتطور في النباتات الطافرة MpVIH. وتشير هذه النتائج إلى أن كيناز VIH ينظم DELLA بشكل سلبي، مما يعزز نمو النبات وتطوره.
جمع الباحثون أساليب وراثية وكيميائية حيوية وفيزيائية حيوية لتوضيح آلية تنظيم بيروفوسفات الإينوزيتول لتعبير بروتين DELLA في هذا النبات الطحلبي. وتحديدًا، يرتبط بروتين InsP₈، الذي ينتجه MpVIH، ببروتين MpDELLA، مما يعزز تعدد يوبيكويتينه، مما يؤدي بدوره إلى تحلل هذا البروتين الكابت بواسطة البروتيازوم.
يعود تاريخ أبحاث بروتين ديلا إلى الثورة الخضراء، عندما استغل العلماء، دون علمهم، إمكاناته لإنتاج أصناف شبه قزمة عالية الغلة. ورغم أن آلية عمله لم تكن معروفة آنذاك، إلا أن التقنيات الحديثة مكّنت العلماء من استخدام تعديل الجينات للتحكم في وظيفة هذا البروتين، مما أدى إلى زيادة غلة المحاصيل بشكل فعال.
مع النمو السكاني وتقلص الأراضي الصالحة للزراعة، أصبحت زيادة إنتاجية المحاصيل أمرًا بالغ الأهمية، وفقًا لراها. ونظرًا لانتشار تحلل DELLA المُنظَّم بواسطة InsP₈ في أجنة النباتات، فإن هذا الاكتشاف قد يُمهِّد الطريق لتطوير الجيل التالي من المحاصيل عالية الإنتاجية.
وقت النشر: ٣١ أكتوبر ٢٠٢٥