光合作用是作物產(chǎn)量的主要決定因素。從光合作用的角度來研究作物高產(chǎn)機理，挖掘作物高產(chǎn)潛力一直是國際植物學(xué)和農(nóng)學(xué)領(lǐng)域科研工作者長期以來追求的目標。深入研究光合作用的分子機理及其基因表達調(diào)控機制具有十分重要的基礎(chǔ)理論和生產(chǎn)實踐意義。

2023年9月22日，蘭州大學(xué)黎家教授團隊在《Molecular Plant》上發(fā)表了題為“The Dof transcription factorCOG1is a key regulator of plant biomass by promoting photosynthesis and starch accumulation”的研究論文，揭示了擬南芥COG1轉(zhuǎn)錄因子促進生物量積累的分子機制。

該研究在前期的工作中通過激活標簽法篩選到了油菜素內(nèi)酯（Brassinosteroid，BR）受體BRI1（BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1）弱突變體bri1-5的一個遺傳抑制子，命名為cog1-3D。與野生型相比，cog1-3D葉柄伸長、整個蓮座較大、單株鮮重顯著增加。35S:COG1轉(zhuǎn)基因植物可以重現(xiàn)出cog1-3D突變體的表型，說明cog1-3D生物量積累顯著增加的表型是由COG1超表達所造成的。結(jié)合T-DNA插入和CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建的COG1及其同源基因CDFs的七重缺失突變體蓮座變小、地上部分鮮質(zhì)量減少。通過RNAseq、ChIP-PCR及EMSA試驗發(fā)現(xiàn)COG1作為一個Dof（DNA binding with one zinc finger）類型的轉(zhuǎn)錄因子，可以直接結(jié)合到多個捕光復(fù)合物基因LHCs的啟動子區(qū)域，促進它們的表達。研究發(fā)現(xiàn)，COG1還可以促進植物的光合速率和葉片中淀粉的合成，而且不同物種中COG1促進植物生物量積累的生物學(xué)功能是保守的。這一研究對將來通過分子手段培育高產(chǎn)作物具有非常重要的應(yīng)用價值。