Dimerization ของ OsGA2ox และ OsDAO ช่วยเพิ่มการทำงานของเอนไซม์ ภายใต้ความเข้มข้นของซับสเตรตต่ำ (GA4 หรือ IAA) (ซ้าย) GA2ox หรือ DAO จะทำหน้าที่เป็นโมโนเมอร์ที่มีกิจกรรมของเอนไซม์ต่ำ ที่ความเข้มข้นของซับสเตรตสูง (ขวา) ส่วนต่อประสาน GA4 หรือ IAA ทำให้เกิดการก่อตัวเป็นมัลติเมอร์โดยการเชื่อมโยงโมเลกุลของเอนไซม์สองตัวเข้าด้วยกัน ส่งผลให้เกิดการกระตุ้นมากเกินไป GA4 หรือ IAA ยังคงอยู่ในตำแหน่งส่วนต่อประสานที่เสถียร
ซึ่งช่วยให้หน่วยย่อยสองหน่วยเข้าสู่ไซต์แอ็กทีฟ
สำหรับปฏิกิริยาถัดไปโดยไม่มีสิ่งกีดขวางพลังงานสูง Lys หรือ Arg เป็นกรดอะมิโนที่สำคัญที่สุดในการกักเก็บ GA4 หรือ IAA และเข้าสู่บริเวณแอคทีฟไซต์ นอกจากนี้ การจำลอง MD ของ OsGA2ox3 เผยให้เห็นว่ามีเกท ซึ่งช่วยให้ซับสเตรตเข้าสู่ไซต์แอคทีฟและเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ออก ประตูนี้มีตำแหน่งบานพับประกอบด้วยกรดอะมิโนสามตัว W106, C186 และ V196 และยังทำให้เสถียรโดยอันตรกิริยาระหว่าง R97 ในยูนิตย่อย A และ F100 ในยูนิตย่อย D ไดเมอไรเซชันที่ขึ้นกับ GA4 เสริมการออกฤทธิ์ของเอนไซม์ของมัน กลไกเหล่านี้ได้รับการอนุรักษ์ไว้ใน GA2oxs ของข้าวทั้งหมด (รูปภาพ: S. Takehara et al. 2020)
ในโลกที่มีประชากรเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและวิกฤตด้านสภาพอากาศ การขาดแคลนอาหารเป็นภัยคุกคามที่ใกล้จะเกิดขึ้น เพื่อบรรเทาภัยคุกคามนี้ นักวิทยาศาสตร์พืชผล นักพฤกษศาสตร์ วิศวกรพันธุศาสตร์ และอื่นๆ ได้สำรวจวิธีการเพิ่มผลผลิตและความยืดหยุ่นของพืช วิธีหนึ่งในการควบคุมการเจริญเติบโตของพืชและสรีรวิทยาคือการควบคุมระดับ “phytohormones” หรือฮอร์โมนพืช
อย่างไรก็ตาม ยังมีอีกมากที่ต้องทราบเกี่ยวกับกลไกที่อยู่ภายใต้การควบคุมของฮอร์โมนในพืช ซึ่งจำกัดความก้าวหน้าในทิศทางนี้ ในการศึกษาที่นำโดยมหาวิทยาลัยนาโกย่า ประเทศญี่ปุ่น ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบโดยใช้ต้นข้าวเป็นแบบจำลองการศึกษาว่า กระบวนการที่เรียกว่า “การควบคุมอัลลอสเตอริก” มีส่วนเกี่ยวข้องกับการรักษาสมดุลของฮอร์โมนพืชในพืช ผลการวิจัยของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ในNature Communicationsอาจเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนางานวิจัยด้านการเจริญเติบโตและการพัฒนาพืชอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งจะเป็นแนวทางที่เป็นไปได้สำหรับความมั่นคงด้านอาหาร
พืชสามารถอยู่รอดได้โดยการปรับการพัฒนาและสรีรวิทยาให้เข้ากับสภาพแวดล้อมโดยรอบโดยการควบคุมระดับของเอนไซม์ที่ขับเคลื่อนการสังเคราะห์ไฟโตฮอร์โมน 2 ชนิด ได้แก่ จิบเบอเรลลินและออกซิน เอ็นไซม์เป็นโปรตีนที่จับกับสารเคมีที่ทำปฏิกิริยาตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไปและเร่งกระบวนการปฏิกิริยา ไซต์ที่มีผลผูกพันเรียกว่าไซต์เปิดใช้งาน ในปีพ.ศ. 2504 มีการค้นพบว่าในแบคทีเรีย กิจกรรมของเอนไซม์จะเพิ่มขึ้นหรือยับยั้งโดยการควบคุมอัลโลสเตอริก ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือการจับตัวของโมเลกุลที่เรียกว่า “เอฟเฟกเตอร์” ที่ตำแหน่งอื่นนอกเหนือจากไซต์ที่ทำงานอยู่ของเอนไซม์ ในการควบคุม allosteric โครงสร้างของเอนไซม์จะเปลี่ยนเพื่อสนับสนุนหรือขัดขวางปฏิกิริยาที่เอนไซม์เปิดใช้งาน
ศาสตราจารย์มิยาโกะ อูเอกุจิ-ทานากะ แห่งมหาวิทยาลัยนาโกย่า หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ในทีมซึ่งได้เฝ้าสังเกตระเบียบควบคุม allosteric ในพืชเป็นครั้งแรก อธิบายผลการวิจัยของพวกเขาว่า “เราใช้เทคนิคที่เรียกว่า X-ray crystallography และพบว่าในฐานะโมเลกุลของ เอ็นไซม์ (gibberellin 2-oxidase 3 [GA2ox3] และ auxin dioxygenase [DAO]) จับกับ gibberellin และ auxin (ตามลำดับ) พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กันเองและสร้างโครงสร้าง ‘multimeric’ ซึ่งประกอบไปด้วยสี่และสองหน่วยตามลำดับ เมื่อปริมาณของจิบเบอเรลลินและออกซินเพิ่มขึ้น อัตราการเกิดมัลติเมอไรเซชันของเอนไซม์ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และมัลติเมอไรเซชันช่วยเสริมการทำงานของเอ็นไซม์ ทำให้สามารถย่อยสลายจิบเบอเรลลินและออกซินได้มากขึ้น การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างแบบซิงโครนัสและการเพิ่มประสิทธิภาพกิจกรรมเป็นเรื่องปกติของเหตุการณ์การควบคุมแบบ allosteric”
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการวิเคราะห์ “วิวัฒนาการสายวิวัฒนาการ” ของ GA2ox3 และ DAO ซึ่งเปิดเผยว่าพืชได้พัฒนากลไกการควบคุมฮอร์โมนนี้อย่างอิสระที่จุดเวลาสามจุดที่แยกจากกันตลอดกระบวนการวิวัฒนาการ
ศาสตราจารย์ Ueguchi กระตือรือร้นเกี่ยวกับโอกาสในอนาคตของการค้นพบนี้ว่า “ระบบควบคุมกิจกรรมที่เปิดเผยที่นี่สามารถใช้เพื่อควบคุมกิจกรรมของฮอร์โมนยับยั้งการเจริญเติบโตในพืชเทียม เป็นผลให้สามารถปรับปรุงผลผลิตข้าวและพืชชีวมวลสูงสามารถผลิตได้ในกรณีที่ขาดแคลนอาหารหรือวิกฤตสิ่งแวดล้อม”
แน่นอนว่าการศึกษานี้เป็นเพียงขั้นบันไดเท่านั้น และยังต้องดำเนินการอีกมากเพื่อดูว่าผลการศึกษานี้สามารถนำไปใช้จริงในที่ดินเพื่อเกษตรกรรมได้อย่างไร อย่างไรก็ตาม การค้นพบนี้ให้กำลังใจอย่างแน่นอน และเป็นสัญญาณบ่งบอกถึงการมาถึงของยุคใหม่ของการพัฒนาที่ยั่งยืนซึ่งขับเคลื่อนโดยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพ
Credit : aiutiamolerondini.org derekasabasi.net asahi1.net glasscutters.org monkeyislandparty.com manxvikingwheelers.net fsmlynx.com justice4pat.com uggclassicminius.com patagoniastrike.net
