9月22日，兰州大学生命科学学院黎家教授团队在植物学领域国际期刊Molecular Plant（IF2022: 27.5）上发表了题为“The Dof transcription factor COG1 is a key regulator of plant biomass by promoting photosynthesis and starch accumulation”的研究论文，揭示了拟南芥COG1转录因子促进生物量积累的分子机制。
光合作用是作物产量的主要决定因素。从光合作用的角度来研究作物高产机理，挖掘作物高产潜力一直是国际植物学和农学领域科研工作者长期以来追求的目标。深入研究光合作用的分子机理及其基因表达调控机制具有十分重要的基础理论和生产实践意义。
该研究团队在前期的工作中通过激活标签法筛选到了油菜素内酯（Brassinosteroid，BR）受体BRI1（BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1）弱突变体bri1-5的一个遗传抑制子，命名为cog1-3D（Wei et al., 2017, Plant Physiology）。与野生型相比，cog1-3D叶柄伸长、整个莲座较大、单株鲜重显著增加。35S:COG1转基因植物可以重现出cog1-3D突变体的表型，说明cog1-3D生物量积累显著增加的表型是由COG1超表达所造成的（图1）。结合T-DNA插入和CRISPR/Cas9技术构建的COG1及其同源基因CDFs的七重缺失突变体莲座变小、地上部分鲜重减少。通过RNAseq、ChIP-PCR及EMSA实验发现COG1作为一个Dof（DNA binding with one zinc finger）类型的转录因子，可以直接结合到多个捕光复合物基因LHCs的启动子区域，促进它们的表达。研究发现，COG1还可以促进植物的光合速率和叶片中淀粉的合成（图2），而且不同植物物种中COG1促进生物量积累的生物学功能是保守的。这一研究对将来通过分子手段培育高产作物具有非常重要的应用价值。
生命科学学院卫卓赟教授为论文第一作者，黎家教授为论文的通讯作者。生命科学学院研究生张浩勇、方萌、蔺淑媛、李宇秀、蒋黎民、崔天亮、萃英博士后朱明宋、青年研究员崔岩伟、实验师彭亮和魁红参与了该工作，苟小平教授参与了课题讨论和文章修改。工作得到了国家自然科学基金、中国博士后基金、甘肃省杰出青年基金、111引智基地和兰州大学的资助。
图1 COG1显著促进植物生物量积累。
图2 COG1增强光合作用效率、促进淀粉合成