Eine Familie „promiskuitiver“ Proteine, die in allen Landpflanzen vorkommt, ist für viele verschiedene Pflanzenfunktionen verantwortlich, obwohl sie seit über 450 Millionen Jahren relativ unverändert geblieben sind.
Neue Erkenntnisse, veröffentlicht in Natur Pflanzen Und Neuer Phytologe offenbaren neue Erkenntnisse darüber, wie DELLA-Proteine regulieren, wie stark eine Pflanze wächst, wann sie keimt und wie Pflanzen mit Bedrohungen wie Dürre und Krankheiten umgehen. Der Schlüssel liegt nicht in der Fähigkeit der DELLA-Proteine, im Laufe der Zeit zu mutieren, sondern in ihrer Fähigkeit, mit Dutzenden verschiedener Transkriptionsfaktoren zu interagieren, den Proteinen, die für die Entschlüsselung der DNA verantwortlich sind.
Das Verständnis der Mechanismen, die den Funktionen von DELLA-Proteinen zugrunde liegen, kann Pflanzenwissenschaftlern dabei helfen, neue Pflanzenproteine zu entwickeln, um Pflanzen mit besserer Widerstandsfähigkeit und höheren Erträgen zu produzieren, ähnlich den selektiven Züchtungstechnologien, die die Grüne Revolution in den 1960er Jahren auslösten. Viele der ursprünglichen Zuchtstämme der Green Revolution besaßen selbst DELLA-Proteine mit veränderter Funktion.
Die Studien wurden von Wissenschaftlern des Instituts für Molekular- und Zellbiologie der Pflanzen (IBMCP) in Spanien und der School of Biosciences der Universität Birmingham im Vereinigten Königreich durchgeführt. Dr. Juliet Coates von der University of Birmingham sagte: „Indem wir verstehen, wie sich die Aktivität dieser Proteine im Laufe der Zeit verändert hat, können wir besser verstehen, wie es möglich sein könnte, Pflanzen zu optimieren und zu konstruieren, die besser an unsere sich verändernde Umwelt angepasst sind. “
Um herauszufinden, wie sich DELLA-Proteine in den 450 Millionen Jahren seit dem ersten Erscheinen von Pflanzen an Land verändert haben, untersuchten die Forscher Moose und Leberblümchen, die Pflanzen, die diesen frühen Pionierarten wahrscheinlich am ähnlichsten sind.
Wissenschaftler wissen bereits, dass DELLA-Proteine in modernen Blütenpflanzen durch ein Pflanzenhormon namens Gibberellin reguliert werden, das den DELLA-Spiegel als Reaktion auf Umweltbedingungen verändert.
In den neuen Studien konnten sie zeigen, dass die Bandbreite der DELLA-Proteine nicht nur einfache Wechselwirkungen aufwies, sondern in frühen Pflanzen ebenso kompliziert war, sich aber auch von den Wechselwirkungen unterschied, die in modernen Nutzpflanzen wie Weizen oder Reis detailliert untersucht wurden. Darüber hinaus waren diese Wechselwirkungen unabhängig davon verfügbar, ob das Gibberellin-Hormon vorhanden war oder nicht. Sie waren auch in der Lage, eine Kerngruppe von Wechselwirkungen zu identifizieren, die sich auf Abwehr und Reaktionen auf niedrige Sauerstoffwerte beziehen, die allen DELLA-Proteinen gemeinsam sind.
Co-Autor Dr. Miguel Ángel Blázquez vom IBMCP sagte: „Ein sehr wichtiges Arbeitsgebiet in der Gibberellin-Biotechnologie ist der Versuch, Sorten oder chemische Verbindungen zu erhalten, die es uns ermöglichen, die gewünschten Ziele ohne Nebenwirkungen zu erreichen. Verstehen, wie DELLA Proteine haben sich in der Natur über Millionen von Jahren entwickelt, hilft uns, neue Strategien zu entwerfen, um neue DELLA-Varianten mit den gewünschten Funktionen zu erzeugen.“
Mehr Informationen:
Asier Briones-Moreno et al., DELLA-Funktionen, die durch Neuverdrahtung assoziierter Transkriptionsnetzwerke entwickelt wurden, Natur Pflanzen (2023). DOI: 10.1038/s41477-023-01372-6
Alexandros Phokas et al., DELLA-Proteine regulieren die Sporenkeimung und reproduktive Entwicklung in Physcomitrium patens, Neuer Phytologe (2023). DOI: 10.1111/nph.18756