นักวิจัยค้นพบวิธีที่พืชควบคุมโปรตีน DELLA

นักวิจัยจากภาควิชาชีวเคมี สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งอินเดีย (IISc) ได้ค้นพบกลไกที่รอคอยมานานเพื่อควบคุมการเจริญเติบโตของพืชบกดั้งเดิม เช่น ไบรโอไฟต์ (กลุ่มที่รวมถึงมอสและลิเวอร์เวิร์ต) ซึ่งยังคงอยู่ในพืชดอกในยุคต่อมา
งานวิจัยชิ้นนี้ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Chemical Biology มุ่งเน้นไปที่การควบคุมแบบไม่เป็นไปตามแบบแผนของโปรตีน DELLA ซึ่งเป็นตัวควบคุมการเจริญเติบโตหลักที่ยับยั้งการแบ่งเซลล์ในเอ็มบริโอไฟต์ (พืชบก)
ที่น่าสนใจคือ ไบรโอไฟต์ ซึ่งเป็นพืชกลุ่มแรกที่ปรากฏบนบกเมื่อประมาณ 500 ล้านปีก่อน ขาดตัวรับ GID1 แม้ว่าจะผลิตฮอร์โมนพืช GA ก็ตาม นี่ทำให้เกิดคำถามว่าการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชบกยุคแรกเหล่านี้ถูกควบคุมอย่างไร
โดยใช้พืชตระกูลมอส Marchantia polymorpha เป็นระบบแบบจำลอง นักวิจัยพบว่าพืชดั้งเดิมเหล่านี้ใช้เอนไซม์ชนิดพิเศษ MpVIH ซึ่งผลิตสารสื่อสารภายในเซลล์ที่เรียกว่า inositol pyrophosphate (InsP₈) เพื่อย่อยสลาย DELLA โดยไม่ต้องอาศัยการทำงานของเอนไซม์อื่นกรดจิบเบอเรลลิก
นักวิจัยใช้ระบบ CRISPR-Cas9 ในการกำจัดยีนที่เข้ารหัสเอนไซม์ VIH ซึ่งเป็นการยืนยันบทบาทของเอนไซม์ดังกล่าว พืชที่ขาดเอนไซม์ VIH ที่ทำงานได้จะแสดงความผิดปกติในการพัฒนาและรูปร่างอย่างรุนแรง เช่น ใบอัดแน่น การเจริญเติบโตในแนวรัศมีบกพร่อง และไม่มีกลีบเลี้ยง ความผิดปกติเหล่านี้ถูกกำจัดได้โดยการดัดแปลงจีโนมของพืชให้ผลิตเฉพาะปลายด้านเดียว (ปลาย N-terminus) ของเอนไซม์ VIH เท่านั้น โดยใช้เทคนิคโครมาโทกราฟีขั้นสูง ทีมวิจัยค้นพบว่าปลาย N-terminus มีโดเมนไคเนสที่เร่งปฏิกิริยาการผลิต InsP₈
นักวิจัยค้นพบว่า DELLA เป็นหนึ่งในเป้าหมายระดับเซลล์ของเอนไซม์ไคเนส VIH นอกจากนี้ พวกเขายังสังเกตว่าลักษณะทางฟีโนไทป์ของพืชที่ขาด MpVIH นั้นคล้ายคลึงกับพืช M. polymorpha ที่มีการแสดงออกของ DELLA เพิ่มขึ้น
“ในขั้นตอนนี้ เรารู้สึกตื่นเต้นที่จะทำความเข้าใจว่าความเสถียรหรือกิจกรรมของ DELLA เพิ่มขึ้นในพืชที่ขาด MpVIH หรือไม่” Priyanshi Rana ผู้เขียนหลักและนักศึกษาปริญญาโทในกลุ่มวิจัยของ Lahey กล่าว สอดคล้องกับสมมติฐานของพวกเขา นักวิจัยพบว่าการยับยั้ง DELLA สามารถฟื้นฟูฟีโนไทป์การเจริญเติบโตและการพัฒนาที่บกพร่องของพืชกลายพันธุ์ MpVIH ได้อย่างมีนัยสำคัญ ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่า VIH kinase ควบคุม DELLA ในเชิงลบ ส่งเสริมการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช
การวิจัยเกี่ยวกับโปรตีน DELLA มีมาตั้งแต่ยุคปฏิวัติเขียว เมื่อนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ประโยชน์จากศักยภาพของโปรตีนเหล่านี้โดยไม่รู้ตัว เพื่อสร้างพันธุ์พืชแคระที่มีผลผลิตสูง แม้ว่ารายละเอียดของการทำงานในขณะนั้นจะไม่ชัดเจน แต่เทคโนโลยีสมัยใหม่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมการทำงานของโปรตีนเหล่านี้ผ่านทางพันธุวิศวกรรม ซึ่งส่งผลให้ผลผลิตพืชเพิ่มขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ