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

I ricercatori del Dipartimento di Biochimica dell'Istituto Indiano di Scienze (IISc) hanno scoperto un meccanismo a lungo cercato utilizzato dalle piante terrestri primitive come le briofite (tra cui muschi ed epatiche) perregolare la crescita delle piante– un meccanismo che si è conservato anche nelle piante da fiore evolutesi più recentemente.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Chemical Biology, si concentra sulla regolazione non classica della proteina DELLA, un regolatore chiave della crescita in grado di inibire la divisione cellulare nelle piante embrionali (piante terrestri).
"DELLA agisce come un dosso, ma se questo dosso 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, la DELLA viene degradata 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 di 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. Ciò solleva un interrogativo: come venivano regolati la crescita e lo sviluppo di queste prime piante terrestri?
I ricercatori hanno utilizzato il sistema CRISPR-Cas9 per disattivare 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, nonché anomalie morfologiche, come tallo denso, crescita radiale compromessa e assenza di calice. Questi difetti sono stati corretti modificando il genoma della pianta in modo da produrre solo un'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 un'espressione aumentata di DELLA.
"In questa fase, siamo ansiosi di determinare se la stabilità o l'attività della DELLA siano aumentate nelle piante carenti di MpVIH", ha affermato Priyanshi Rana, dottoranda nel gruppo di ricerca di Lahey e prima autrice dell'articolo. In linea con la loro ipotesi, i ricercatori hanno scoperto che l'inibizione della DELLA ha ripristinato in modo significativo i difetti di crescita e sviluppo nelle piante mutanti MpVIH. Questi risultati suggeriscono che la chinasi VIH regola 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 con cui il pirofosfato di inositolo 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 alto rendimento. Sebbene all'epoca il suo meccanismo d'azione fosse sconosciuto, le moderne tecnologie hanno permesso agli scienziati di utilizzare la modifica genetica per manipolare la funzione di questa proteina, aumentando così efficacemente le rese delle colture.
"Con la crescita demografica e la riduzione dei terreni coltivabili, aumentare la resa dei raccolti è diventato fondamentale", ha affermato Raha. Dato che la degradazione della proteina DELLA regolata da InsP₈ può essere diffusa nelle piante embrionali, questa scoperta potrebbe aprire la strada allo sviluppo di colture ad alto rendimento di nuova generazione.