生命科学学院刘红军教授团队揭示表观修饰调控玉米胚乳细胞命运决定的全新维持机制

近日，生命科学学院刘红军教授团队在国际期刊《New Phytologist》在线发表题为“Polycomb Protein ZmEMF1a Restricts Endosperm Proliferation and Directs Differentiation via Stage-Specific H2Aub1 and H3K27me3 Landscapes in Maize”的研究论文。

玉米胚乳是决定籽粒产量与营养品质的关键组织。Polycomb group（PcG）蛋白是植物中重要的表观遗传抑制因子，但其在玉米胚乳发育中的时序调控机制尚不清楚。该研究通过EMS诱变筛选获得小籽粒突变体sks1，利用分离群体分组混合测序（BSA‑seq）完成遗传定位，结合等位突变验证，鉴定到编码PcG家族蛋白的基因ZmEMF1a。研究证实，ZmEMF1a能够同时与PRC1类复合体和PRC2复合体的亚基互作，进而介导发育阶段特异性的表观调控：授粉后6天主要依靠H3K27me3修饰抑制胚乳过度增殖；授粉后10天协同H3K27me3与H2Aub1两种组蛋白修饰，调控胚乳细胞分化与细胞命运决定

研究发现，ZmEMF1a直接靶向MADS‑box转录因子家族等靶基因。在 zmemf1a突变体中，胚乳细胞化进程显著提前，胚乳细胞异常过度增殖，造成胚乳基底转移层（BETL）和糊粉层（AL）细胞异常扩增，但细胞扩张受阻、营养转运功能缺陷，最终籽粒变小。值得注意的是，糊粉层的扩张使得维生素B1、B2和B6的含量显著上升。该研究揭示了玉米胚乳发育过程中阶段特异性的表观调控新机制，为玉米产量与营养品质的遗传改良提供了理论基础和候选基因资源。

山东农业大学生命科学学院刘红军教授和中国科学院分子植物卓越中心王婕琛正高级工程师为论文共同通讯作者；山东农业大学生命科学学院已毕业博士研究生李晓寒（现中国科学院分子植物卓越中心博士后）、张明岳（现中国农业大学博士后）、四川农业大学黄永财教授为共同第一作者。山东农业大学生命科学学院张宪省教授、赵翔宇教授、杨雪蓉副教授、周超副教授，徐刚副教授、博士研究生李梦瑶、已毕业硕士研究生朱洪杰、张金晓、倪雨晴，上海欧易生物公司李帅，河南农业大学博士研究生施栋晟，中国科学院分子植物卓越中心王琼、许丽娜等参与了该研究。特别感谢河南农业大学王桂凤教授和扬州大学陈忱教授在文章修改过程中的帮助。本研究得到科技创新2030-重大项目、国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金以及崖州湾国家实验室河南试验基地建设项目的资助。

论文链接：http://doi.org/10.1111/nph.71543