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遗传发育所发现种子大小和重量调控的重要机制
发布时间:2020-10-16 16:43:15

种子大小与重量是重要的农艺性状,很大程度上决定了作物的产量。虽然已知一些基因参与调控植物种子大小与重量,但种子发育过程十分复杂,调控种子大小与重量的遗传网络和分子机理尚待研究。

中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海研究组发现了KIX-PPD-MYC-GIF1信号通路调控拟南芥种子大小与重量的重要机制。李云海研究组前期研究表明KIX-PPD转录抑制复合体调控植物叶片大小,F-box蛋白SAP能够调控KIX-PPD复合体蛋白稳定性(Wang et al., Nature Communications 2016; Li et al., PLoS Genetics 2018)。但其是否调控种子大小及其下游调控的底物并不清楚。该研究发现KIX8/9和PPD1/2功能缺失导致增加种子大小和重量。PPD1/PPD2蛋白分别与转录因子MYC3和MYC4相互作用。KIX8/9通过PPD1/2和MYC3/4在体内形成KIX-PPD-MYC转录抑制复合体。MYC3和MYC4功能缺失导致大和重的种子。进一步研究发现KIX-PPD-MYC复合体通过MYC3/4结合到GIF1基因启动子的G-box区,并抑制其表达。GIF1功能缺失突变体(gif1)产生小而轻的种子。遗传学分析表明GIF1作为KIX-PPD-MYC复合体下游因子调控种子大小和重量。因此该研究揭示了KIX-PPD-MYC-GIF1信号通路调控种子大小与重量的新机制。另外,拟南芥KIXs、PPDs和GIF1基因在大豆、苜蓿、玉米和水稻中的同源基因具有调控种子大小的功能,有望应用这些基因提高作物产量。


图: KIX-PPD-MYC-GIF1途径调控种子大小的分子机理


该研究成果在线发表于《自然-通讯》杂志(Nature Communications,DOI:10.1038/s41467-020-15603-3)。李云海研究组博士生刘祖培为该论文的第一作者,研究员李云海为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和中科院先导专项的资助。




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