JGG | 海南大学三亚南繁研究院李靖团队发现两步调控介导印记基因ICFs表达新机制

基因印记是指后代仅表达双亲之一拷贝的现象。目前研究发现植物中印记基因表达现象主要存在于胚乳中。基因印记现象的出现与种子植物胚乳的产生和进化高度关联，推测在协调母体营养向子代转运过程中发挥重要作用。目前已知的母本印记基因主要参与晚期胚乳发育。早期胚乳发育对种子大小的贡献至关重要，但关于印记基因如何参与早期胚乳发育尚缺乏了解。

2024年4月8日， 海南大学三亚南繁研究院李靖教授团队Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“Two imprinted genes primed by DME in the central cell and activated by WRKY10 in the endosperm”的研究论文。该研究发现两个早期胚乳特异性母本表达的印记基因ICF1和ICF2。与传统的植物母本表达印记基因不同，ICF1和ICF2经历两步转录调控，即首先在中央细胞建立不平衡的甲基化模式获得印记表达潜力，进而在受精后的胚乳中被胚乳特异性的转录因子激活。该发现为理解植物生殖和发育中印记基因的转录调控提供新思路。

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IKU通路是调控胚乳早期发育的关键信号通路。该研究发现IKU通路下游基因 ICF1表现出母本印记表达特性，且 ICF1同源基因 ICF2也表现出母本印记表达模式。传统的母本印记表达基因的DNA去甲基化和激活均发生在中央细胞。该研究发现，中央细胞的DNA去甲基化酶激活后，催化 ICF基因的母本拷贝去甲基化，使其处于可被激活状态，而父本拷贝仍被 DNA 甲基化所抑制。处于可被激活状态的 ICF基因母本拷贝最终在受精后的胚乳中被IKU 通路核心转录因子 WRKY10激活。遗传回补实验表明， ICF1和 ICF2这两个母本印记基因参与调控 iku突变体的小种子表型。

ICFs与传统印记基因的工作模型比较

综上所述，该研究发现ICF1和ICF2这两个母本印记基因被分步调控，在中央细胞去甲基化处于可被激活状态，在胚乳中精确激活表达，从而参与IKU通路对种子大小的调控，为理解植物发育过程中印记基因的转录调控提供新思路。

作者简介

华中农业大学已毕业博士生、现海南大学三亚南繁研究院科研助理杨科博士为该论文第一作者，海南大学三亚南繁研究院李靖教授为论文通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金委的项目资助。