研究發現器官大小與鐵吸收協同調控機制

　　植物如何調控種子和器官大小是重要的發育生物學問題，且與作物產量密切相關，是影響農業生產的重要因素。種子和器官大小與營養元素的吸收利用密不可分，但植物如何協同調控種子和器官大小及營養元素吸收利用的分子機理尚不清楚。

　　近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所李云海團隊和凌宏清團隊，聯合植物研究所宋獻軍團隊，發現了SOD7/DPA4-GIF1模塊協同調控器官大小與鐵吸收利用的重要機制。李云海團隊前期研究發現，擬南芥SOD7編碼一個B3家族的轉錄抑制因子NGAL2（NGATHA LIKE2）。過表達SOD7導致小的種子和器官，而同時敲除SOD7及其親緣關系最近的DPA4/NGAL3能夠顯著增加種子和器官的大小，表明SOD7和DPA4功能冗余地影響了種子和器官大小。為了進一步探討SOD7作用的分子機制，本研究篩選了SOD7的互作蛋白，并進一步證實了SOD7可以和轉錄共激活子GIF1（GRF-INTERACTING FACTOR 1）互作。李云海團隊前期工作表明擬南芥GIF1及其水稻同源蛋白OsGIF1參與了種子大小調控。GIF1和轉錄因子GRFs互作是調控器官大小的關鍵。該研究發現SOD7可以通過抑制GIF1和GRFs互作調控種子和器官大小。進一步的研究發現，GIF1與鐵吸收的關鍵因子FIT互作，從而調控鐵的吸收，同時，SOD7也可通過抑制GIF1和FIT互作，調控FIT下游重要成員包括FRO2和IRT1表達，從而影響鐵元素的吸收。遺傳關系分析揭示，SOD7和GIF1作用于同一遺傳通路調控種子器官大小和鐵元素吸收。本研究發現了SOD7/DPA4-GIF1模塊通過招募不同因子協同調控植物生長和營養元素吸收的新機制，有望為同時提高作物產量和營養元素吸收利用奠定理論基礎、提供基因資源。

　　8月7日，研究成果以The SOD7/DPA4-GIF1 module coordinates organ growth and iron uptake in Arabidopsis為題，在線發表在《自然-植物》（Nature Plants，DOI：10.1038/s41477-023-01475-0）上。同時，遺傳發育所副研究員吳慧蘭和研究員李云海在《自然-植物》上，配發了題為A molecular link between organ size control and iron uptake in plants（DOI：10.1038/s41477-023-01484-z）的文章。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項（B類）等的支持。