इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्सेस (IISc) येथील बायोकेमिस्ट्री विभागातील संशोधकांनी, ब्रायोफाइट्स (ज्यात मॉसेस आणि लिव्हरवर्ट्स यांचा समावेश आहे) सारख्या आदिम भू-वनस्पतींद्वारे वापरल्या जाणाऱ्या एका दीर्घकाळ शोधल्या गेलेल्या यंत्रणेचा शोध लावला आहे.वनस्पतींची वाढ नियंत्रित करणे– ही एक अशी यंत्रणा आहे जी अलीकडेच उत्क्रांत झालेल्या सपुष्प वनस्पतींमध्ये देखील जतन केली गेली आहे.
नेचर केमिकल बायोलॉजी या जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेला हा अभ्यास, डेला (DELLA) प्रथिनाच्या गैर-शास्त्रीय नियमनावर लक्ष केंद्रित करतो. हे प्रथिन एक प्रमुख वाढ नियामक असून ते भ्रूणीय वनस्पतींमध्ये (भू-वनस्पती) पेशी विभाजन रोखू शकते.
"डेला (DELLA) एका स्पीड बंपसारखे काम करते, पण जर हा स्पीड बंप सतत उपस्थित असेल, तर वनस्पती पुढे जाऊ शकत नाही," असे जैव-रसायनशास्त्राचे सहयोगी प्राध्यापक आणि या अभ्यासाचे सह-लेखक देबब्रता लाहा स्पष्ट करतात. त्यामुळे, वनस्पतींच्या वाढीस चालना देण्यासाठी डेला प्रथिनांचे विघटन अत्यंत महत्त्वाचे आहे. सपुष्प वनस्पतींमध्ये, फायटोहार्मोनच्या (phytohormone) वेळी डेलाचे विघटन होते.जिबरेलिन (GA)ते त्याच्या रिसेप्टर GID1 शी जोडले जाते, ज्यामुळे GA-GID1-DELLA कॉम्प्लेक्स तयार होतो. त्यानंतर, DELLA रिप्रेसर प्रोटीन युबिक्विटिन साखळ्यांशी जोडले जाते आणि 26S प्रोटीसोमद्वारे त्याचे विघटन होते.
विशेष म्हणजे, सुमारे ५० कोटी वर्षांपूर्वी जमिनीवर वस्ती करणाऱ्या पहिल्या वनस्पतींमध्ये ब्रायोफाइट्सचा समावेश होता. जरी त्या जिबरेलिन (GA) नावाचे फायटोहार्मोन तयार करत असल्या, तरी त्यांच्यामध्ये GID1 रिसेप्टर नसतो. यामुळे हा प्रश्न निर्माण होतो की, या सुरुवातीच्या भूचर वनस्पतींची वाढ आणि विकास कसा नियंत्रित केला जात होता?
संशोधकांनी संबंधित VIH जनुक निष्क्रिय करण्यासाठी CRISPR-Cas9 प्रणालीचा वापर केला, आणि त्याद्वारे VIH च्या भूमिकेची पुष्टी केली. ज्या वनस्पतींमध्ये कार्यात्मक VIH एन्झाइमचा अभाव असतो, त्यांमध्ये वाढ आणि विकासातील गंभीर दोष तसेच आकारिकीय विकृती दिसून येतात, जसे की दाट थॅलस, त्रिज्यीय वाढीतील अडथळा आणि पुष्पकोशाचा अभाव. वनस्पतीच्या जीनोममध्ये बदल करून VIH एन्झाइमचे फक्त एक टोक (N-टर्मिनस) तयार करून हे दोष दूर करण्यात आले. प्रगत क्रोमॅटोग्राफी तंत्रांचा वापर करून, संशोधन पथकाने शोधून काढले की N-टर्मिनसमध्ये एक कायनेज डोमेन असतो, जो InsP₈ च्या निर्मितीला उत्प्रेरित करतो.
संशोधकांना असे आढळून आले की, डेला (DELLA) हे VIH कायनेजच्या पेशीय लक्ष्यांपैकी एक आहे. शिवाय, त्यांनी असे निरीक्षण केले की, MpVIH-अभावी वनस्पतींचा फिनोटाइप हा, डेला (DELLA) ची अभिव्यक्ती वाढलेल्या मिसकॅन्थस मल्टीफॉर्म (Miscanthus multiforme) वनस्पतींच्या फिनोटाइपसारखा होता.
"या टप्प्यावर, MpVIH-अभावी वनस्पतींमध्ये DELLA ची स्थिरता किंवा क्रियाशीलता वाढते की नाही हे निश्चित करण्यास आम्ही उत्सुक आहोत," असे लाहे यांच्या संशोधन गटातील पीएचडी विद्यार्थिनी आणि या शोधनिबंधाची पहिली लेखिका प्रियांशी राणा यांनी सांगितले. त्यांच्या गृहितकानुसार, संशोधकांना असे आढळले की DELLA च्या प्रतिबंधामुळे MpVIH उत्परिवर्तित वनस्पतींमधील वाढ आणि विकासातील दोष लक्षणीयरीत्या सुधारले. या निष्कर्षांवरून असे सूचित होते की VIH कायनेज DELLA चे नकारात्मक नियमन करते, ज्यामुळे वनस्पतींची वाढ आणि विकासाला चालना मिळते.
संशोधकांनी या ब्रायोफाइटमध्ये इनोसिटॉल पायरोफॉस्फेट (InsP₈) डेला (DELLA) प्रोटीनच्या अभिव्यक्तीचे नियमन कसे करते, याची यंत्रणा स्पष्ट करण्यासाठी आनुवंशिक, जैवरासायनिक आणि जैवभौतिक पद्धतींचा एकत्रितपणे वापर केला. विशेषतः, MpVIH द्वारे उत्पादित InsP₈, MpDELLA प्रोटीनला बांधले जाते, ज्यामुळे त्याच्या पॉलियुबिक्विटिनेशनला चालना मिळते, आणि परिणामी प्रोटियासोमद्वारे या दमनकारी प्रोटीनचे विघटन होते.
डेला प्रथिनावरील संशोधन हरित क्रांतीच्या काळापासून सुरू झाले, जेव्हा शास्त्रज्ञांनी नकळतपणे जास्त उत्पन्न देणाऱ्या अर्ध-बुटक्या जाती तयार करण्यासाठी त्याच्या क्षमतेचा उपयोग केला. त्यावेळी जरी त्याच्या कार्यपद्धतीबद्दल माहिती नव्हती, तरी आधुनिक तंत्रज्ञानामुळे शास्त्रज्ञांना जनुकीय संपादनाचा वापर करून या प्रथिनाच्या कार्यात फेरबदल करणे शक्य झाले आहे, ज्यामुळे पिकांचे उत्पन्न प्रभावीपणे वाढवता आले आहे.
"लोकसंख्या वाढ आणि लागवडीयोग्य जमिनीचे घटते क्षेत्र पाहता, पिकांचे उत्पन्न वाढवणे अत्यंत महत्त्वाचे झाले आहे," असे राहा म्हणाले. भ्रूणीय वनस्पतींमध्ये InsP₈-नियंत्रित डेला (DELLA) क्षरण मोठ्या प्रमाणावर होऊ शकते हे लक्षात घेता, हा शोध पुढील पिढीतील अधिक उत्पन्न देणाऱ्या पिकांच्या विकासाचा मार्ग मोकळा करू शकतो.
पोस्ट करण्याची वेळ: ३१ ऑक्टोबर २०२५
