Учёные раскрыли древний механизм роста у наземных растений

Растения Mpvih^Tak-2 демонстрируют дефекты роста и развития. Автор: Nature Chemical Biology (2025). DOI: 10.1038/s41589-025-01961-w

Исследователи из Индийского научного института (IISc) обнаружили давно разыскиваемый механизм, который используют примитивные наземные растения, такие как бриофиты (включая мхи и печёночники), для регуляции роста. Этот механизм сохранился и у более современных цветковых растений.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemical Biology, сосредоточено на неканонической регуляции белка DELLA — главного регулятора роста, подавляющего деление клеток у эмбриофитов (наземных растений).

«DELLA действует как ограничитель скорости, но если он постоянно активен, растение не сможет расти», — объясняет Дебабрата Лаха, доцент кафедры биохимии и ведущий автор исследования.

Для стимулирования роста важно разрушить белок DELLA. У цветковых растений его деградация происходит, когда гормон гиббереллиновая кислота (GA) связывается с рецептором GID1, образуя комплекс GA-GID1-DELLA. Затем репрессор DELLA метится цепью убиквитиновых молекул и разрушается 26S протеасомой.

Интересно, что у бриофитов — первых растений, колонизировавших сушу около 500 миллионов лет назад — отсутствует рецептор GID1, несмотря на выработку фитогормона GA. Это поставило перед учёными вопрос: как регулировался рост у этих древних растений?

Используя печёночник Marchantia polymorpha в качестве модели, исследователи выяснили, что примитивные растения задействуют фермент MpVIH, производящий клеточный мессенджер инозитолпирофосфат (InsP₈), чтобы разрушить DELLA без участия гиббереллиновой кислоты.

Схема регуляции роста растений через инозитолпирофосфат-опосредованную деградацию DELLA. Автор: Рия Гош и Приянши Рана

Роль фермента VIH подтвердилась, когда учёные «выключили» соответствующий ген с помощью CRISPR-Cas9. Растения без функционального VIH демонстрировали серьёзные дефекты: компактные талломы, нарушенный радиальный рост и отсутствие выводковых почек.

Эти дефекты исчезали, когда в геном растения вносили модификацию, восстанавливающую N-концевую часть фермента VIH. Используя хроматографию, команда обнаружила, что этот участок содержит киназный домен, катализирующий производство InsP₈.

«Мы были взволнованы, узнав, что стабильность DELLA повышается у растений с дефектным VIH», — говорит Приянши Рана, первый автор исследования и аспирант лаборатории Лахи.

Как и предполагали учёные, подавление DELLA почти полностью восстанавливало нормальный рост у мутантных растений. Это подтвердило, что киназа VIH негативно регулирует DELLA, способствуя развитию растений.

Комбинируя генетические, биохимические и биофизические методы, исследователи раскрыли механизм InsP₈-контролируемой деградации DELLA у печёночников. InsP₈, производимый MpVIH, связывается с MpDELLA, запуская убиквитинирование и последующее разрушение белка-репрессора.

Изучение DELLA началось ещё во время «Зелёной революции», когда учёные случайно использовали его потенциал для создания высокоурожайных полукарликовых сортов. Сегодня, благодаря генному редактированию, можно целенаправленно модифицировать этот белок для повышения урожайности.

«По мере роста населения и сокращения сельхозугодий повышение продуктивности культур становится критически важным», — отмечает Лаха.

Поскольку механизм деградации DELLA через InsP₈, вероятно, универсален для всех наземных растений, открытие может помочь в создании высокоурожайных культур будущего. Кроме того, изучение древних растений даёт представление об эволюции клеточных сигнальных путей за последние 500 миллионов лет.

Дополнительная информация: Priyanshi Rana et al, GA-independent DELLA regulation by inositol pyrophosphate in a nonvascular land plant, Nature Chemical Biology (2025). DOI: 10.1038/s41589-025-01961-w