연구진은 식물이 DELLA 단백질을 조절하는 방식을 발견했습니다.

인도 과학 연구소(IISc) 생화학과 연구진이 선태식물(이끼와 우산이끼를 포함하는 그룹)과 같은 원시 육상 식물의 성장을 조절하는 오랫동안 찾아 헤매던 메커니즘을 발견했는데, 이 메커니즘은 이후 진화한 꽃식물에도 유지되었다.
학술지 네이처 케미컬 바이올로지에 발표된 이 연구는 배아식물(육상 식물)에서 세포 분열을 억제하는 주요 성장 조절자인 DELLA 단백질의 비정형적 조절에 초점을 맞췄습니다.
흥미롭게도, 약 5억 년 전 육지에 처음 나타난 식물인 선태식물은 식물 호르몬인 GA를 생성함에도 불구하고 GID1 수용체가 없습니다. 이는 초기 육상 식물의 성장과 발달이 어떻게 조절되었는지에 대한 의문을 제기합니다.
연구진은 우산이끼인 Marchantia polymorpha를 모델 시스템으로 사용하여 이 원시 식물이 세포 전달 물질인 이노시톨 피로인산(InsP₈)을 생성하는 특수 효소인 MpVIH를 사용하여 지베렐린산 없이도 DELLA를 분해할 수 있음을 발견했습니다.
연구진은 DELLA가 VIH 키나아제의 세포 표적 중 하나임을 발견했습니다. 또한, MpVIH가 결핍된 식물이 DELLA를 과발현하는 M. polymorpha 식물의 표현형을 모방한다는 것을 관찰했습니다.
“이 시점에서 우리는 MpVIH 결핍 식물에서 DELLA의 안정성이나 활성이 증가하는지 여부를 알아내는 데 큰 관심을 가졌습니다.”라고 제1 저자이자 라헤이 연구팀의 대학원생인 프리얀시 라나는 말했습니다. 연구진은 가설과 일치하게 DELLA를 억제하면 MpVIH 돌연변이 식물의 결함 있는 생장 및 발달 표현형이 현저하게 회복되는 것을 발견했습니다. 이러한 결과는 VIH 키나아제가 DELLA를 음성적으로 조절하여 식물의 생장과 발달을 촉진한다는 것을 시사합니다.
델라 단백질에 대한 연구는 녹색 혁명 시대로 거슬러 올라갑니다. 당시 과학자들은 자신도 모르게 이 단백질의 잠재력을 활용하여 수확량이 많은 반왜성 품종을 개발했습니다. 당시에는 이 단백질이 어떻게 작용하는지 정확히 밝혀지지 않았지만, 현대 기술을 통해 유전자 공학으로 이 단백질의 기능을 조작하여 작물 수확량을 효과적으로 증가시킬 수 있게 되었습니다.
초기 육상 식물을 연구하는 것은 지난 5억 년에 걸친 식물의 진화에 대한 통찰력을 제공합니다. 예를 들어, 현대의 속씨식물은 지베렐린산 의존적 메커니즘을 통해 DELLA 단백질을 불안정화시키지만, InsP₈ 결합 부위는 보존되어 있습니다. 이러한 발견은 시간이 지남에 따라 세포 신호 전달 경로가 어떻게 진화해 왔는지에 대한 통찰력을 제공합니다.
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