植物如何调控种子和器官大小是重要的发育生物学问题，而且与作物产量密切相关，是影响农业生产的重要因素。种子和器官大小与营养元素的吸收利用密不可分，但植物如何协同调控种子和器官大小及营养元素吸收利用的分子机理目前并不清楚。
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队,凌宏清团队与中国科学院植物研究所宋献军团队合作发现了SOD7/DPA4-GIF1模块协同调控器官大小与铁吸收利用的重要机制。李云海团队前期研究发现，拟南芥SOD7编码一个B3家族的转录抑制因子NGAL2（NGATHA LIKE2）。过表达SOD7导致小的种子和器官，而同时敲除SOD7及其亲缘关系最近的DPA4/NGAL3能够显著增加种子和器官的大小，表明SOD7和DPA4功能冗余地影响了种子和器官大小（Zhang, et al., 2015, The Plant Cell）。为了进一步研究SOD7作用的分子机制，本研究首先筛选了SOD7的互作蛋白，并且进一步证实SOD7可以和转录共激活子GIF1（GRF-INTERACTING FACTOR 1）互作。李云海团队前期工作表明拟南芥GIF1及其水稻同源蛋白OsGIF1参与了种子大小调控（Duan, et al., 2015, Nature Plants; Liu, et al., 2020, Nature Communications）。GIF1和转录因子GRFs互作是调控器官大小的关键。该研究发现SOD7可以通过抑制GIF1和GRFs互作调控种子和器官大小。进一步研究发现，GIF1与铁吸收的关键因子FIT互作，从而调控铁的吸收，SOD7也可以通过抑制GIF1和FIT互作，调控FIT下游重要成员包括FRO2 和IRT1表达，从而影响铁元素的吸收。遗传关系分析揭示，SOD7和GIF1作用于同一遗传通路调控种子器官大小和铁元素吸收。本研究发现了SOD7/DPA4-GIF1模块通过招募不同因子协同调控植物生长和营养元素吸收的新机制，有望为同时提高作物产量和营养元素吸收利用提供理论基础和基因资源。
该研究成果以“The SOD7/DPA4-GIF1 module coordinates organ growth and iron uptake in Arabidopsis ”为题于2023年8月7日在线发表于Nature Plants杂志(DOI:10.1038/s41477-023-01475-0)。郑雷英副研究员，吴慧兰副研究员及博士生王安斌为该论文的共同第一作者，凌宏清研究员、宋献军研究员、李云海研究员为共同通讯作者。同时，吴慧兰副研究员和李云海研究员应邀在Nature Plants上配发“A molecular link between organ size control and iron uptake in plants”(DOI:10.1038/s41477-023-01484-z)文章。该项研究得到了国家自然科学基金及中国科学院先导专项B等项目的资助。
拟南芥SOD7/DPA4-GIF1模块协同调控生长和铁吸收的模式图
