種子大小與重量是重要的農藝性狀，很大程度上決定了作物的產量。雖然已知一些基因參與調控植物種子大小與重量，但種子發育過程十分複雜，調控種子大小與重量的遺傳網絡和分子機理尚待研究。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所李雲海研究組發現了KIX-PPD-MYC-GIF1信號通路調控擬南芥種子大小與重量的重要機制。李雲海研究組前期研究表明KIX-PPD轉錄抑制複合體調控植物葉片大小，F-box蛋白SAP能夠調控KIX-PPD複合體蛋白穩定性(Wang et al., Nature Communications 2016; Li et al.,PLoS Genetics2018)。但其是否調控種子大小及其下游調控的底物並不清楚。該研究發現KIX8/9和PPD1/2功能缺失導致增加種子大小和重量。PPD1/PPD2蛋白分別與轉錄因子MYC3和MYC4相互作用。KIX8/9通過PPD1/2和MYC3/4在體內形成KIX-PPD-MYC轉錄抑制複合體。MYC3和MYC4功能缺失導致大和重的種子。進一步研究發現KIX-PPD-MYC複合體通過MYC3/4結合到GIF1基因啟動子的G-box區，並抑制其表達。GIF1功能缺失突變體(gif1)產生小而輕的種子。遺傳學分析表明GIF1作為KIX-PPD-MYC複合體下游因子調控種子大小和重量。因此該研究揭示了KIX-PPD-MYC-GIF1信號通路調控種子大小與重量的新機制。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控種子大小的功能，有望應用這些基因提高作物產量。
該研究成果於4月15日在線發表於《自然-通訊》雜誌（Nature Communications，DOI:10.1038/s41467-020-15603-3）。李雲海研究組博士生劉祖培為該論文的第一作者，研究員李雲海為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和中科院先導專項的資助。
圖: KIX-PPD-MYC-GIF1途徑調控種子大小的分子機理
來源：中國科學院遺傳與發育生物學研究所
