연구진은 식물이 DELLA 단백질을 조절하는 방식을 발견했습니다.

인도 과학 연구소(IISc) 생화학과 연구진이 오랫동안 찾던 메커니즘을 발견했습니다.이끼류(선태식물과 우산이끼류를 포함하는 그룹)와 같은 원시 육상 식물의 성장을 조절하는 데 사용되었던 기능이 이후의 속씨식물에서도 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 신호 전달 물질인 이노시톨 피로인산(InsP₈)을 생성하는 특수 효소인 MpVIH를 이용하여 DELLA를 분해한다는 사실을 발견했는데, 이 효소는 다른 효소의 관여 없이 DELLA를 분해하는 역할을 합니다.지베렐린산.
연구진은 CRISPR-Cas9 시스템을 이용하여 VIH 효소를 코딩하는 유전자를 제거함으로써 그 역할을 확인했습니다. 기능적인 VIH가 결핍된 식물은 잎이 빽빽하게 나거나, 방사형 생장이 저해되거나, 꽃받침이 없는 등 심각한 발달 결함과 형태적 이상을 보였습니다. 식물 게놈을 변형하여 VIH 효소의 한쪽 끝(N-말단)만 생성되도록 함으로써 이러한 결함을 없앨 수 있었습니다. 연구팀은 첨단 크로마토그래피 기술을 사용하여 N-말단에 InsP₈ 생성을 촉매하는 키나아제 도메인이 포함되어 있음을 발견했습니다.
연구진은 DELLA가 VIH 키나아제의 세포 표적 중 하나임을 발견했습니다. 또한, MpVIH 결핍 식물의 표현형이 DELLA 발현이 증가된 M. polymorpha 식물의 표현형과 유사하다는 것을 관찰했습니다.
"이 시점에서 우리는 MpVIH 결핍 식물에서 DELLA의 안정성이나 활성이 향상되는지 여부를 이해하는 데 큰 관심을 가졌습니다."라고 제1 저자이자 라헤이 연구팀의 대학원생인 프리얀시 라나는 말했습니다. 연구진은 가설과 일치하게 DELLA 억제가 MpVIH 돌연변이 식물의 결함 있는 생장 및 발달 표현형을 유의미하게 회복시킬 수 있음을 발견했습니다. 이러한 결과는 VIH 키나아제가 DELLA를 음성적으로 조절하여 식물의 생장과 발달을 촉진한다는 것을 시사합니다.
DELLA 단백질에 대한 연구는 녹색 혁명 시대로 거슬러 올라갑니다. 당시 과학자들은 자신도 모르게 이 단백질의 잠재력을 활용하여 수확량이 많은 반왜성 품종을 개발했습니다. 당시에는 그들의 연구 내용이 명확하지 않았지만, 현대 기술을 통해 과학자들은 유전자 공학으로 이 단백질의 기능을 조작하여 작물 수확량을 효과적으로 증가시킬 수 있게 되었습니다.