2025年4月22日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究组于Plant Communication杂志在线发表“The Fie1-PRC2 complex regulates H3K27me3 deposition to balance endosperm filling and development in cereal”的研究论文。该研究揭示了禾本科植物胚乳灌浆过程中Fie1-PRC2复合体的关键调控机制：该复合体通过介导组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化（H3K27me3）修饰的沉积，有效抑制胚乳细胞过度增殖，促进胚乳储藏物质积累，最终实现禾本科胚乳发育过程中细胞增殖与物质积累的动态平衡调控。

拟南芥FIS-PRC2复合物在种子发育过程中具有双重调控作用：受精前抑制胚乳自主发育，防止未受精条件下的异常增殖；受精后则通过限制合胞体阶段胚乳的过度分裂，促进胚乳正常细胞化。值得注意的是，拟南芥Fie基因是PRC2复合物组分，仅有一个拷贝，而在玉米和水稻中该基因发生了复制，产生两个拷贝，其中ZmFie1/OsFie1在胚乳灌浆期特异性表达，暗示其在禾本科作物胚乳发育中获得了新的功能歧化。

该研究通过对玉米胚乳5个关键发育时期（灌浆前、中、后期）的CUT&Tag分析，首次绘制了玉米胚乳发育过程中H3K27me3修饰的动态图谱。研究发现，在胚乳灌浆前全基因组范围内会建立特异的H3K27me3修饰（命名为灌浆特异性峰，FSP），这些修饰在进入灌浆后被快速擦除。遗传分析证实，这一动态表观修饰过程受到ZmFie1基因的精确调控。研究发现，zmfie1突变体表现出籽粒变小和醇溶蛋白含量升高的表型。在突变体中，FSP位点、4号染色体上19kD/22kD醇溶蛋白基因串联重复区以及MADS-box基因位点的H3K27me3修饰水平显著降低，同时伴随着这些Zein基因和MADS基因的表达上调。这一结果揭示了ZmFie1通过调控H3K27me3修饰抑制胚乳细胞过度增殖，抑制醇溶蛋白过早表达，平衡胚乳发育。研究团队进一步在水稻中验证了这一调控机制，发现OsFie1同样通过介导13-kD醇溶谷蛋白基因簇和OsMADSs基因座的H3K27me3修饰，实现对靶基因表达的精准抑制。这一跨物种验证不仅证实了Fie1-PRC2复合物在禾本科作物胚乳发育中的保守调控功能，更揭示了其通过表观遗传修饰调控贮藏蛋白合成和胚乳发育的普适性分子机制。

分子植物卓越中心王婕琛高级工程师为该论文的第一作者，欧易生物生信工程师李帅、上海师范大学硕士生吴柳洁为共同第一作者，巫永睿研究员为通讯作者。河南农业大学博士生施栋晟、王永彦；上海师范大学硕士生周雪玲、张非凡；分子植物卓越中心公共技术中心高级工程师许丽娜、张志平；华中科技大学博士生杜沧皓；分子植物卓越中心高级实验师王琼、硕博生陈宇奇，已毕业博士冀晨；山东农业大学硕博生李晓寒、李梦瑶，上海师范大学王文琴教授，河南农业大学王桂凤教授，齐鲁师范学院路小铎教授，均参与了该论文的相关工作。研究工作得到了国家自然科学基金，上海市自然科学基金项目和尚思探索学者项目的资助。

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禾本科Fie1-PRC2介导H3K27me3沉积平衡胚乳灌浆和细胞增殖的分子机制