Các nhà nghiên cứu từ Khoa Hóa sinh tại Viện Khoa học Ấn Độ (IISc) đã phát hiện ra một cơ chế được tìm kiếm từ lâu bởi các loài thực vật trên cạn nguyên thủy như rêu (bao gồm rêu và địa tiền) đểđiều chỉnh sự phát triển của cây– một cơ chế cũng được bảo tồn ở những loài thực vật có hoa tiến hóa gần đây.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Chemical Biology tập trung vào cơ chế điều hòa phi cổ điển của protein DELLA, một chất điều hòa sinh trưởng chính có thể ức chế sự phân chia tế bào ở thực vật phôi (thực vật trên cạn).
"DELLA hoạt động như một gờ giảm tốc, nhưng nếu gờ giảm tốc này liên tục xuất hiện, cây sẽ không thể di chuyển", Debabrata Laha, phó giáo sư hóa sinh và đồng tác giả của nghiên cứu, giải thích. Do đó, sự phân hủy protein DELLA rất quan trọng để thúc đẩy sự tăng trưởng của cây. Ở thực vật có hoa, DELLA bị phân hủy khi phytohormonegibberellin (GA)liên kết với thụ thể GID1 của nó, tạo thành phức hợp GA-GID1-DELLA. Sau đó, protein ức chế DELLA liên kết với chuỗi ubiquitin và bị phân hủy bởi proteasome 26S.
Điều thú vị là rêu là một trong những loài thực vật đầu tiên định cư trên cạn, khoảng 500 triệu năm trước. Mặc dù chúng sản xuất hormone thực vật gibberellin (GA), nhưng lại thiếu thụ thể GID1. Điều này đặt ra câu hỏi: sự sinh trưởng và phát triển của những loài thực vật trên cạn đầu tiên này được điều hòa như thế nào?
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 để loại bỏ gen VIH tương ứng, qua đó xác nhận vai trò của VIH. Cây thiếu enzyme VIH chức năng biểu hiện các khiếm khuyết nghiêm trọng về sinh trưởng và phát triển, cũng như các bất thường về hình thái, chẳng hạn như tản dày, sinh trưởng xuyên tâm kém và thiếu đài hoa. Những khiếm khuyết này đã được khắc phục bằng cách sửa đổi bộ gen thực vật để chỉ tạo ra một đầu (đầu N) của enzyme VIH. Sử dụng các kỹ thuật sắc ký tiên tiến, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng đầu N chứa một miền kinase xúc tác quá trình sản xuất InsP₈.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng DELLA là một trong những mục tiêu tế bào của kinase VIH. Hơn nữa, họ quan sát thấy kiểu hình của cây thiếu MpVIH tương tự như cây Miscanthus multiforme có biểu hiện DELLA tăng lên.
Priyanshi Rana, nghiên cứu sinh tiến sĩ trong nhóm nghiên cứu của Lahey và là tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết: "Ở giai đoạn này, chúng tôi rất muốn xác định xem liệu sự ổn định hay hoạt động của DELLA có được tăng cường ở những cây thiếu MpVIH hay không". Phù hợp với giả thuyết của họ, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng việc ức chế DELLA đã phục hồi đáng kể các khiếm khuyết về sinh trưởng và phát triển ở những cây đột biến MpVIH. Những phát hiện này cho thấy kinase VIH điều hòa tiêu cực DELLA, do đó thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của cây.
Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các phương pháp di truyền, sinh hóa và sinh lý học để làm sáng tỏ cơ chế mà inositol pyrophosphate điều hòa biểu hiện protein DELLA ở loài rêu này. Cụ thể, InsP₈, do MpVIH sản xuất, liên kết với protein MpDELLA, thúc đẩy quá trình đa ubiquitin hóa của nó, từ đó dẫn đến sự phân hủy protein ức chế này bởi proteasome.
Nghiên cứu về protein DELLA bắt nguồn từ cuộc Cách mạng Xanh, khi các nhà khoa học vô tình khai thác tiềm năng của nó để tạo ra các giống bán lùn năng suất cao. Mặc dù cơ chế hoạt động của nó chưa được biết đến vào thời điểm đó, nhưng công nghệ hiện đại đã cho phép các nhà khoa học sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen để điều khiển chức năng của protein này, từ đó tăng năng suất cây trồng một cách hiệu quả.
"Với sự gia tăng dân số và diện tích đất canh tác ngày càng thu hẹp, việc tăng năng suất cây trồng đã trở nên vô cùng quan trọng", Raha nói. Do sự thoái hóa DELLA do InsP₈ điều chỉnh có thể lan rộng ở thực vật phôi, khám phá này có thể mở đường cho sự phát triển của các loại cây trồng năng suất cao thế hệ tiếp theo.
Thời gian đăng: 31-10-2025