研究者らが植物におけるDELLAタンパク質調節のメカニズムを解明。

インド科学研究所（IISc）の生化学部門の研究者らは、コケ類（コケや苔類を含む）などの原始的な陸上植物が、植物の成長を調節するこのメカニズムは、より最近進化した顕花植物にも保存されています。

『ネイ​​チャー・ケミカル・バイオロジー』誌に掲載されたこの研究は、胚植物（陸上植物）の細胞分裂を阻害できるマスター成長調節因子であるDELLAタンパク質の非古典的な調節に焦点を当てています。
「DELLAはスピードバンプのような働きをしますが、このスピードバンプが常に存在すると植物は成長できません」と、生化学准教授で本研究の共著者であるデバブラタ・ラハ氏は説明します。したがって、DELLAタンパク質の分解は植物の成長を促進する上で非常に重要です。顕花植物では、DELLAは植物ホルモンが分解されると分解されます。ジベレリン（GA）受容体GID1に結合し、GA-GID1-DELLA複合体を形成する。その後、DELLAリプレッサータンパク質がユビキチン鎖に結合し、26Sプロテアソームによって分解される。
興味深いことに、コケ類は約5億年前に陸上に定着した最初の植物の一つでした。コケ類は植物ホルモンであるジベレリン（GA）を産生しますが、GID1受容体を欠いています。このことから、これらの初期の陸上植物の成長と発達はどのように制御されていたのかという疑問が生じます。
研究者らはCRISPR-Cas9システムを用いて対応するVIH遺伝子をノックアウトし、VIHの役割を確認した。機能的なVIH酵素を欠損した植物は、密生した仮根、放射状成長の障害、萼片の欠落など、深刻な生育・発達障害や形態異常を示す。これらの障害は、VIH酵素の片方の末端（N末端）のみを発現するように植物ゲノムを改変することで修正された。研究チームは高度なクロマトグラフィー技術を用いて、N末端にInsP₈の産生を触媒するキナーゼドメインが含まれていることを発見した。
研究者らは、DELLAがVIHキナーゼの細胞標的の一つであることを発見しました。さらに、MpVIHを欠損した植物の表現型は、DELLAの発現が増加したススキ（Miscanthus multiforme）の表現型と類似していることを観察しました。
「現段階では、MpVIH欠損植物においてDELLAの安定性や活性が強化されるかどうかを明らかにしたいと考えています」と、Lahey研究グループの博士課程学生であり、本論文の筆頭著者であるPriyanshi Rana氏は述べています。研究者らは、仮説と一致して、DELLA阻害がMpVIH変異植物の成長と発達の欠陥を著しく回復させることを発見しました。これらの知見は、VIHキナーゼがDELLAを負に制御することで、植物の成長と発達を促進していることを示唆しています。
研究者らは、遺伝学的、生化学的、生物物理学的手法を組み合わせ、このコケ植物におけるイノシトールピロリン酸がDELLAタンパク質の発現を制御するメカニズムを解明した。具体的には、MpVIHによって産生されるInsP₈がMpDELLAタンパク質に結合し、そのポリユビキチン化を促進する。その結果、この抑制タンパク質はプロテアソームによって分解される。
DELLAタンパク質の研究は、緑の革命にまで遡ります。当時、科学者たちはその潜在能力を知らず知らずのうちに利用し、高収量半矮性品種を生み出していました。当時、その作用機序は不明でしたが、現代の技術により、科学者は遺伝子編集を用いてこのタンパク質の機能を操作し、作物の収量を効果的に向上させることが可能になりました。
「人口増加と耕作地の縮小に伴い、作物の収量増加が重要になっています」とラハ氏は述べた。InsP₈制御によるDELLA分解は胚植物において広範囲に及ぶ可能性があることを考えると、今回の発見は次世代の高収量作物の開発への道を開く可能性がある。