Genome Biology | 山東大學董家強課題組揭示玉米EMF2b-1調控胚乳細胞周期進程的新機制

胚乳組織作為動物營養能量的主要來源以及工業產品的原料，具有重要的經濟價值。胚乳發育始于雙受精過程中形成的受精極核，其過程涵蓋合胞體形成、細胞化、胚乳細胞分化、有絲分裂、內復制及細胞程序性死亡等多個階段。以往研究多集中于胚乳從合胞體向細胞化的轉變以及胚乳細胞分化過程，而對胚乳細胞有絲分裂與內復制的調控機制關注相對較少。實際上，有絲分裂和內復制是決定胚乳生長與籽粒大小的關鍵階段，二者通過調控細胞數量與細胞體積直接影響胚乳發育，進而決定籽粒大小及其儲藏能力。因此，深入解析胚乳發育中有絲分裂與內復制的分子調控機制，將為提高作物產量提供新的理論依據。

近日，山東大學生命科學學院董家強課題組在Genome Biology在線發表了題為“EMF2b-1 regulates endosperm cell cycling through PRC2 recruitment in maize” 的研究論文。該研究闡明了玉米EMF2b-1調控胚乳細胞周期和內復制的機制，并揭示在玉米等具有復雜基因組的物種中，PRC2復合體精準靶向下游靶基因的機制，為提高玉米產量奠定理論基礎。

該研究發現EMF2b-1基因的功能缺失導致籽粒變小，胚乳細胞周期和內復制過程異常加速。遺傳實驗證實該表型確由EMF2b-1缺失引起。轉錄組分析表明，突變體中上調基因富集于細胞周期、DNA復制等通路，RBR-E2F途徑下游基因普遍上調。同時，突變體內H3K27me3水平顯著下降。通過轉錄組和H3K27me3的ChIP-seq分析，該研究鑒定出353個下游靶基因存在H3K27me3減少和基因表達增加的現象。結合EMF2b-1的ChIP-seq分析，最終鑒定到98個直接靶基因。這些靶基因明顯富集細胞周期和內復制相關過程。其中，籽粒大小調控因子ZmDA1（擬南芥DA1的同源基因，促進內復制進程）被EMF2b-1-PRC2復合物直接靶向，并在emf2b-1突變體中表達上調。此外，進一步的基序富集分析和EMF2b-1免疫沉淀-質譜實驗表明，胚乳特異性轉錄因子BZR1-9通過招募EMF2b-1-PRC2復合物至ZmDA1位點，從而抑制其表達，以調控細胞周期和內復制過程。這些發現表明，EMF2b-1對于玉米胚乳發育過程中的細胞周期進程至關重要，并揭示了一種由轉錄因子引導的PRC2招募機制。該招募機制不同于同樣具有復雜基因組的哺乳動物，但與擬南芥和果蠅中PRC2靶向機制類似。

山東大學副研究員徐佳萌、已畢業博士生張瑩、2022級博士生青珂為共同第一作者；董家強教授為論文通訊作者；青島農業大學閆恒宇老師和山西師范大學李玉斌教授參與了本項研究。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和山東省自然科學基金等項目的支持。

論文鏈接：

https://link.springer.com/article/10.1186/s13059-026-04049-3