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2025年4月22日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心巫永睿研究組于Plant Communication雜志在線發表“The Fie1-PRC2 complex regulates H3K27me3 deposition to balance endosperm filling and development in cereal”的研究論文。該研究揭示了禾本科植物胚乳灌漿過程中Fie1-PRC2復合體的關鍵調控機制：該復合體通過介導組蛋白H3第27位賴氨酸的三甲基化（H3K27me3）修飾的沉積，有效抑制胚乳細胞過度增殖，促進胚乳儲藏物質積累，最終實現禾本科胚乳發育過程中細胞增殖與物質積累的動態平衡調控。

擬南芥FIS-PRC2復合物在種子發育過程中具有雙重調控作用：受精前抑制胚乳自主發育，防止未受精條件下的異常增殖；受精后則通過限制合胞體階段胚乳的過度分裂，促進胚乳正常細胞化。值得注意的是，擬南芥Fie基因是PRC2復合物組分，僅有一個拷貝，而在玉米和水稻中該基因發生了復制，產生兩個拷貝，其中ZmFie1/OsFie1在胚乳灌漿期特異性表達，暗示其在禾本科作物胚乳發育中獲得了新的功能歧化。

該研究通過對玉米胚乳5個關鍵發育時期（灌漿前、中、后期）的CUT&Tag分析，首次繪制了玉米胚乳發育過程中H3K27me3修飾的動態圖譜。研究發現，在胚乳灌漿前全基因組范圍內會建立特異的H3K27me3修飾（命名為灌漿特異性峰，FSP），這些修飾在進入灌漿后被快速擦除。遺傳分析證實，這一動態表觀修飾過程受到ZmFie1基因的精確調控。研究發現，zmfie1突變體表現出籽粒變小和醇溶蛋白含量升高的表型。在突變體中，FSP位點、4號染色體上19kD/22kD醇溶蛋白基因串聯重復區以及MADS-box基因位點的H3K27me3修飾水平顯著降低，同時伴隨著這些Zein基因和MADS基因的表達上調。這一結果揭示了ZmFie1通過調控H3K27me3修飾抑制胚乳細胞過度增殖，抑制醇溶蛋白過早表達，平衡胚乳發育。研究團隊進一步在水稻中驗證了這一調控機制，發現OsFie1同樣通過介導13-kD醇溶谷蛋白基因簇和OsMADSs基因座的H3K27me3修飾，實現對靶基因表達的精準抑制。這一跨物種驗證不僅證實了Fie1-PRC2復合物在禾本科作物胚乳發育中的保守調控功能，更揭示了其通過表觀遺傳修飾調控貯藏蛋白合成和胚乳發育的普適性分子機制。

分子植物卓越中心王婕琛高級工程師為該論文的第一作者，歐易生物生信工程師李帥、上海師范大學碩士生吳柳潔為共同第一作者，巫永睿研究員為通訊作者。河南農業大學博士生施棟晟、王永彥；上海師范大學碩士生周雪玲、張非凡；分子植物卓越中心公共技術中心高級工程師許麗娜、張志平；華中科技大學博士生杜滄皓；分子植物卓越中心高級實驗師王瓊、碩博生陳宇奇，已畢業博士冀晨；山東農業大學碩博生李曉寒、李夢瑤，上海師范大學王文琴教授，河南農業大學王桂鳳教授，齊魯師范學院路小鐸教授，均參與了該論文的相關工作。研究工作得到了國家自然科學基金，上海市自然科學基金項目和尚思探索學者項目的資助。

文章鏈接：

禾本科Fie1-PRC2介導H3K27me3沉積平衡胚乳灌漿和細胞增殖的分子機制

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