研究發(fā)現(xiàn)種子大小和重量調(diào)控的重要機(jī)制（2020.4.23 中國(guó)科學(xué)院）

種子大小與重量是重要的農(nóng)藝性狀，很大程度上決定了作物的產(chǎn)量。雖然已知一些基因參與調(diào)控植物種子大小與重量，但種子發(fā)育過(guò)程十分復(fù)雜，調(diào)控種子大小與重量的遺傳網(wǎng)絡(luò)和分子機(jī)理尚待研究。

中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李云海研究組發(fā)現(xiàn)了KIX-PPD-MYC-GIF1信號(hào)通路調(diào)控?cái)M南芥種子大小與重量的重要機(jī)制。李云海研究組前期研究表明KIX-PPD轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體調(diào)控植物葉片大小，F(xiàn)-box蛋白SAP能夠調(diào)控KIX-PPD復(fù)合體蛋白穩(wěn)定性（Wang et al.， Nature Communications 2016; Li et al.， PLoS Genetics 2018）。但其是否調(diào)控種子大小及其下游調(diào)控的底物并不清楚。該研究發(fā)現(xiàn)KIX8/9和PPD1/2功能缺失導(dǎo)致增加種子大小和重量。PPD1/PPD2蛋白分別與轉(zhuǎn)錄因子MYC3和MYC4相互作用。KIX8/9通過(guò)PPD1/2和MYC3/4在體內(nèi)形成KIX-PPD-MYC轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體。MYC3和MYC4功能缺失導(dǎo)致大和重的種子。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)KIX-PPD-MYC復(fù)合體通過(guò)MYC3/4結(jié)合到GIF1基因啟動(dòng)子的G-box區(qū)，并抑制其表達(dá)。GIF1功能缺失突變體（gif1）產(chǎn)生小而輕的種子。遺傳學(xué)分析表明GIF1作為KIX-PPD-MYC復(fù)合體下游因子調(diào)控種子大小和重量。因此該研究揭示了KIX-PPD-MYC-GIF1信號(hào)通路調(diào)控種子大小與重量的新機(jī)制。另外，擬南芥KIXs、PPDs和GIF1基因在大豆、苜蓿、玉米和水稻中的同源基因具有調(diào)控種子大小的功能，有望應(yīng)用這些基因提高作物產(chǎn)量。

該研究成果于4月15日在線發(fā)表于《自然-通訊》雜志（Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-020-15603-3）。李云海研究組博士生劉祖培為該論文的第一作者，研究員李云海為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)的資助。