كشف الباحثون عن آلية تنظيم بروتين DELLA في النباتات.

اكتشف باحثون من قسم الكيمياء الحيوية في المعهد الهندي للعلوم آلية طال انتظارها تستخدمها النباتات البرية البدائية مثل الحزازيات (بما في ذلك الطحالب والنباتات الكبدية)تنظيم نمو النبات– آلية تم الحفاظ عليها أيضًا في النباتات المزهرة التي تطورت مؤخرًا.

تركز الدراسة، التي نُشرت في مجلة Nature Chemical Biology، على التنظيم غير الكلاسيكي لبروتين DELLA، وهو منظم نمو رئيسي يمكنه تثبيط انقسام الخلايا في النباتات الجنينية (النباتات البرية).
يوضح ديبابراتا لاها، الأستاذ المشارك في الكيمياء الحيوية والمؤلف المشارك للدراسة: "يعمل بروتين ديلا كحاجز سرعة، ولكن إذا كان هذا الحاجز موجودًا باستمرار، فلن تتمكن النبتة من الحركة". لذلك، يُعد تحلل بروتينات ديلا أمرًا بالغ الأهمية لتعزيز نمو النبات. في النباتات المزهرة، يتحلل بروتين ديلا عندما يفرز الهرمون النباتيالجبريلين (GA)يرتبط بمستقبله GID1، مكونًا معقد GA-GID1-DELLA. بعد ذلك، يرتبط بروتين DELLA الكابت بسلاسل اليوبيكويتين ويتم تحلله بواسطة البروتيازوم 26S.
من المثير للاهتمام أن النباتات اللاوعائية كانت من أوائل النباتات التي استوطنت اليابسة، قبل حوالي 500 مليون سنة. ورغم أنها تنتج هرمون الجبريلين النباتي، إلا أنها تفتقر إلى مستقبل GID1. وهذا يثير التساؤل: كيف تم تنظيم نمو وتطور هذه النباتات البرية المبكرة؟
استخدم الباحثون نظام CRISPR-Cas9 لتعطيل جين VIH المقابل، مؤكدين بذلك دور هذا الإنزيم. 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. وقد تم تصحيح هذه العيوب بتعديل جينوم النبات لإنتاج طرف واحد فقط (الطرف الأميني) من إنزيم VIH. وباستخدام تقنيات كروماتوغرافيا متقدمة، اكتشف فريق البحث أن الطرف الأميني يحتوي على نطاق كيناز يحفز إنتاج InsP₈.
اكتشف الباحثون أن بروتين DELLA هو أحد الأهداف الخلوية لكيناز VIH. علاوة على ذلك، لاحظوا أن النمط الظاهري للنباتات التي تعاني من نقص MpVIH كان مشابهًا لنمط نباتات Miscanthus multiforme التي تتميز بزيادة في التعبير عن بروتين DELLA.
"في هذه المرحلة، نتطلع بشغف إلى تحديد ما إذا كان استقرار أو نشاط بروتين DELLA يزداد في النباتات التي تعاني من نقص MpVIH"، هذا ما قالته بريانشي رانا، طالبة الدكتوراه في مجموعة لاهي البحثية والمؤلفة الأولى للورقة البحثية. وتماشياً مع فرضيتهم، وجد الباحثون أن تثبيط بروتين DELLA قد أعاد بشكل ملحوظ عيوب النمو والتطور في نباتات MpVIH الطافرة. تشير هذه النتائج إلى أن كيناز VIH ينظم بروتين DELLA سلبًا، مما يعزز نمو النبات وتطوره.
استخدم الباحثون أساليب جينية وكيميائية حيوية وفيزيائية حيوية لتوضيح الآلية التي ينظم بها بيروفوسفات الإينوزيتول التعبير عن بروتين DELLA في هذا النبات اللاوعائي. فعلى وجه التحديد، يرتبط InsP₈، الذي ينتجه MpVIH، ببروتين MpDELLA، مما يعزز عملية إضافة سلاسل متعددة من اليوبيكويتين إليه، الأمر الذي يؤدي بدوره إلى تحلل هذا البروتين الكابت بواسطة البروتيازوم.
يعود تاريخ الأبحاث حول بروتين ديلا إلى الثورة الخضراء، حين استغل العلماء، دون علمهم، إمكاناته لإنتاج أصناف شبه قزمية عالية الإنتاجية. ورغم أن آلية عمله كانت مجهولة آنذاك، فقد مكّنت التقنيات الحديثة العلماء من استخدام تقنية تعديل الجينات للتحكم في وظيفة هذا البروتين، مما أدى فعلياً إلى زيادة غلة المحاصيل.
قال راها: "مع تزايد عدد السكان وتقلص الأراضي الصالحة للزراعة، أصبح رفع إنتاجية المحاصيل أمرًا بالغ الأهمية". ونظرًا لأن تحلل بروتين DELLA المنظم بواسطة InsP₈ قد يكون واسع الانتشار في النباتات الجنينية، فإن هذا الاكتشاف قد يمهد الطريق لتطوير محاصيل عالية الإنتاجية من الجيل التالي.