연구자들은 식물이 DELLA 단백질을 어떻게 조절하는지 발견했습니다.

인도 과학 연구소(IISc) 생화학과의 연구원들은 오랫동안 찾고 있던 메커니즘을 발견했습니다.이끼류와 우산이끼류를 포함하는 그룹인 선태식물과 같은 원시 육상 식물의 성장을 조절하여 나중에 꽃을 피우는 식물에 유지되도록 했습니다.
Nature Chemical Biology 저널에 발표된 이 연구는 배아식물(육지 식물)의 세포 분열을 억제하는 주요 성장 조절자인 DELLA 단백질의 비정형적 조절에 초점을 맞췄습니다.
흥미롭게도, 약 5억 년 전 육지에 처음 출현한 식물인 선태식물은 식물호르몬인 GA를 생성함에도 불구하고 GID1 수용체가 없습니다. 이는 이러한 초기 육상 식물의 성장과 발달이 어떻게 조절되었는지에 대한 의문을 제기합니다.
연구자들은 우산이끼 Marchantia polymorpha를 모델 시스템으로 사용하여 이러한 원시 식물이 세포 전달자인 이노시톨 피로인산염(InsP₈)을 생성하는 특수 효소인 MpVIH를 사용하여 DELLA를 분해한다는 것을 발견했습니다.지베렐린산.
연구진은 CRISPR-Cas9 시스템을 이용하여 VIH 효소를 암호화하는 유전자를 녹아웃시켜 그 역할을 확인했습니다. VIH 기능이 결핍된 식물은 잎이 뭉쳐지고, 방사형 생장이 저하되며, 꽃받침이 없는 등 심각한 발달 결함과 형태적 이상을 나타냈습니다. 이러한 결함은 VIH 효소의 한쪽 말단(N-말단)만 생성되도록 식물 유전체를 변형하여 제거했습니다. 연구팀은 첨단 크로마토그래피 기술을 이용하여 N-말단에 InsP₈ 생성을 촉진하는 키나제 도메인이 포함되어 있음을 발견했습니다.
연구진은 DELLA가 VIH 키나제의 세포 내 표적 중 하나임을 발견했습니다. 또한, MpVIH 결핍 식물의 표현형이 DELLA 발현이 증가한 M. polymorpha 식물의 표현형과 유사함을 관찰했습니다.
"이 시점에서 우리는 MpVIH 결핍 식물에서 DELLA의 안정성이나 활성이 향상되는지 여부를 이해하고자 했습니다."라고 Lahey 연구팀의 제1저자이자 대학원생인 프리얀시 라나(Priyanshi Rana)는 말했습니다. 연구진은 자신들의 가설과 일치하게, DELLA 억제가 MpVIH 돌연변이 식물의 결함 있는 생장 및 발달 표현형을 유의미하게 회복시킬 수 있음을 발견했습니다. 이러한 결과는 VIH 키나아제가 DELLA를 부정적으로 조절하여 식물의 생장 및 발달을 촉진함을 시사합니다.
DELLA 단백질 연구는 녹색 혁명으로 거슬러 올라갑니다. 당시 과학자들은 자신도 모르게 이 단백질의 잠재력을 이용하여 고수확 반왜성 품종을 개발했습니다. 당시에는 연구의 세부 내용이 불분명했지만, 현대 기술 덕분에 과학자들은 유전 공학을 통해 이 단백질의 기능을 조작하여 작물 수확량을 효과적으로 증가시킬 수 있게 되었습니다.