近日，我校生物学院/林木遗传育种全国重点实验室康向阳教授团队揭示了GATA8-GRF5-XTH9前馈环路调节杨树细胞大小的分子机制，相关研究成果以题为“The GATA8-GRF5-XTH9 feed-forward loop regulates cell size in poplar”的研究论文在Horticulture Research发表。

植物器官发生发育既依赖细胞数量的变化，也高度依赖单细胞体积的扩增。已有研究表明，GATA8影响植物生物量；GRF5调控细胞分裂分化；XTH9影响细胞壁重塑。迄今未见GATA8协同GRF5调控XTH9决定植物细胞以及叶片大小的研究报道。

众所周知，三倍体杨树的细胞和叶片大小较二倍体显著增大。该研究以杨树三倍体及其同亲本二倍体为材料进行转录组测序分析，发现转录因子PpnGATA8和PpnGRF5在三倍体杨树的顶芽中显著高表达。进一步从杨树中克隆了转录因子PpnGATA8和PpnGRF5，并通过转基因表型鉴定证实过表达PpnGATA8和PpnGRF5能够增大杨树细胞大小及叶面积，表现出与三倍体杨树一致表型。基于转录组测序和调控关系验证发现，GATA8和GRF5能够同时调控细胞壁重塑相关酶XTH9的表达，且GATA8也能直接调控GRF5的表达，这三者形成了前馈环路调控模式，可更加快速、精准、稳定调控植物细胞大小。该研究为植物细胞以及叶片大小性状变异的分子调控机制提供了重要的新见解。

图1 PpnGATA8调控杨树细胞和叶片大小及营养生长

该研究同时也为揭示植物多倍体叶片巨大性变异提供了新的依据。GATA8、GRF5、XTH9等基因剂量效应调控多倍体植物细胞体积增大，相应导致叶片剧增。该研究为细胞大小决定基因功能及其相互关系研究提出了新的路径，为植物分子设计育种和多倍体育种提供了理论基础。

图2 GATA8-GRF5-XTH9形成的FFL模块调节植物细胞大小模式图

生物学院博士后夏宇飞为本文第一作者，康向阳教授为本文通讯作者。生物学院夏新莉教授、中国农科院作科所武文琦助理研究员、生物学院博士研究生凌傲宇、江慎秀、舒江海、王顺均对本研究做出了重要贡献。本研究得到了“十四五”国家重点研发计划项目（2021YFD2200105）和国家资助博士后研究人员计划项目（GZC20251298）的资助。

论文原文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhag019