研究者らが植物におけるDELLAタンパク質の制御機構を解明。

インド科学大学院大学（IISc）生化学科の研究者らは、蘚苔類（コケ類やゼニゴケ類を含む）などの原始的な陸上植物が長年探し求めてきたメカニズムを発見した。植物の成長を調節する―このメカニズムは、より最近進化を遂げた被子植物にも保存されている。

学術誌「ネイチャー・ケミカル・バイオロジー」に掲載されたこの研究は、胚植物（陸上植物）の細胞分裂を阻害する主要な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る。
「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、植物は動けなくなります」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ために不可欠です。顕花植物では、植物ホルモンが分解されるとDELLAは分解されます。ジベレリン（GA）GAは受容体GID1に結合し、GA-GID1-DELLA複合体を形成する。その後、DELLA抑制タンパク質は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、蘚苔類は約5億年前に陸上に進出した最初の植物の一つでした。蘚苔類は植物ホルモンであるジベレリン（GA）を生成しますが、GID1受容体を持っていません。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、密な葉状体、放射状成長の障害、萼の欠如など、深刻な成長および発達の欠陥や形態異常を示す。これらの欠陥は、植物ゲノムを改変してVIH酵素の一方の末端（N末端）のみを生成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末端にはInsP₈の生成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た。さらに、MpVIH欠損植物の表現型は、DELLAの発現が増加したススキの表現型と類似していることを観察した。
「現段階では、MpVIH欠損植物においてDELLAの安定性や活性が増強されるかどうかを解明することに注力しています」と、レイヒー研究室の博士課程学生で本論文の筆頭著者であるプリヤンシ・ラナ氏は述べている。研究者らは、彼らの仮説と一致して、DELLA阻害がMpVIH変異植物の成長および発達の欠陥を著しく回復させることを発見した。これらの結果は、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することを示唆している。
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て、この蘚苔類におけるイノシトールピロリン酸によるDELLAタンパク質発現調節機構を解明した。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ことで、プロテアソームによるこの抑制タンパク質の分解が引き起こされる。
DELLAタンパク質の研究は、緑の革命時代にまで遡ります。当時、科学者たちは知らず知らずのうちに、このタンパク質が持つ高収量半矮性品種を生み出す可能性に着目していました。当時はその作用機序は不明でしたが、現代の技術によって遺伝子編集を用いてこのタンパク質の機能を操作することが可能になり、作物の収量を効果的に増加させることが可能になりました。
「人口増加と耕作地の減少に伴い、作物の収量増加は極めて重要になっている」とラハ氏は述べた。InsP₈によって制御されるDELLA分解は植物胚に広く見られることから、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。