I ricercatori scoprono il meccanismo di regolazione della proteina DELLA nelle piante.

I ricercatori del Dipartimento di Biochimica dell'Indian Institute of Sciences (IISc) hanno scoperto un meccanismo a lungo ricercato utilizzato dalle piante terrestri primitive come le briofite (tra cui muschi ed epatiche) perregolare la crescita delle piante– un meccanismo che è stato conservato anche nelle piante da fiore evolutesi più di recente.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Chemical Biology, si concentra sulla regolazione non classica della proteina DELLA, un regolatore di crescita fondamentale in grado di inibire la divisione cellulare nelle piante embrionali (piante terrestri).
"DELLA agisce come un dosso rallentatore, ma se questo dosso rallentatore è costantemente presente, la pianta non può muoversi", spiega Debabrata Laha, professore associato di biochimica e coautore dello studio. Pertanto, la degradazione delle proteine ​​DELLA è fondamentale per promuovere la crescita delle piante. Nelle piante da fiore, DELLA si degrada quando il fitormonegibberellina (GA)si lega al suo recettore GID1, formando il complesso GA-GID1-DELLA. Successivamente, la proteina repressore DELLA si lega alle catene dell'ubiquitina e viene degradata dal proteasoma 26S.
È interessante notare che le briofite furono tra le prime piante a colonizzare la terraferma, circa 500 milioni di anni fa. Sebbene producano il fitormone gibberellina (GA), sono prive del recettore GID1. Questo solleva la domanda: come venivano regolati la crescita e lo sviluppo di queste prime piante terrestri?
I ricercatori hanno utilizzato il sistema CRISPR-Cas9 per eliminare il gene VIH corrispondente, confermando così il ruolo di VIH. Le piante prive di un enzima VIH funzionale presentano gravi difetti di crescita e sviluppo e anomalie morfologiche, come tallo denso, crescita radiale compromessa e assenza di calice. Questi difetti sono stati corretti modificando il genoma della pianta per produrre una sola estremità (l'N-terminale) dell'enzima VIH. Utilizzando tecniche cromatografiche avanzate, il team di ricerca ha scoperto che l'N-terminale contiene un dominio chinasi che catalizza la produzione di InsP₈.
I ricercatori hanno scoperto che DELLA è uno dei bersagli cellulari della chinasi VIH. Inoltre, hanno osservato che il fenotipo delle piante con deficit di MpVIH era simile a quello delle piante di Miscanthus multiforme con aumentata espressione di DELLA.
"In questa fase, siamo ansiosi di determinare se la stabilità o l'attività di DELLA sia migliorata nelle piante con deficit di MpVIH", ha affermato Priyanshi Rana, dottoranda del gruppo di ricerca di Lahey e prima autrice dell'articolo. In linea con la loro ipotesi, i ricercatori hanno scoperto che l'inibizione di DELLA ha ripristinato significativamente i difetti di crescita e sviluppo nelle piante mutanti MpVIH. Questi risultati suggeriscono che la chinasi VIH regoli negativamente la DELLA, promuovendo così la crescita e lo sviluppo delle piante.
I ricercatori hanno combinato metodi genetici, biochimici e biofisici per chiarire il meccanismo attraverso il quale l'inositolo pirofosfato regola l'espressione della proteina DELLA in questa briofita. Nello specifico, l'InsP₈, prodotto da MpVIH, si lega alla proteina MpDELLA, promuovendone la poliubiquitinazione, che a sua volta porta alla degradazione di questa proteina repressore da parte del proteasoma.
La ricerca sulla proteina DELLA risale alla Rivoluzione Verde, quando gli scienziati ne sfruttarono inconsapevolmente il potenziale per creare varietà semi-nane ad alta resa. Sebbene il suo meccanismo d'azione fosse allora sconosciuto, le tecnologie moderne hanno permesso agli scienziati di utilizzare l'editing genetico per manipolare la funzione di questa proteina, aumentando così efficacemente le rese delle colture.
"Con la crescita della popolazione e la riduzione dei terreni coltivabili, l'aumento delle rese agricole è diventato fondamentale", ha affermato Raha. Dato che la degradazione della DELLA regolata da InsP₈ può essere diffusa nelle piante embrionali, questa scoperta potrebbe aprire la strada allo sviluppo di colture ad alta resa di prossima generazione.