Genome Biology | 山东大学董家强课题组揭示玉米EMF2b-1调控胚乳细胞周期进程的新机制

胚乳组织作为动物营养能量的主要来源以及工业产品的原料，具有重要的经济价值。胚乳发育始于双受精过程中形成的受精极核，其过程涵盖合胞体形成、细胞化、胚乳细胞分化、有丝分裂、内复制及细胞程序性死亡等多个阶段。以往研究多集中于胚乳从合胞体向细胞化的转变以及胚乳细胞分化过程，而对胚乳细胞有丝分裂与内复制的调控机制关注相对较少。实际上，有丝分裂和内复制是决定胚乳生长与籽粒大小的关键阶段，二者通过调控细胞数量与细胞体积直接影响胚乳发育，进而决定籽粒大小及其储藏能力。因此，深入解析胚乳发育中有丝分裂与内复制的分子调控机制，将为提高作物产量提供新的理论依据。

近日，山东大学生命科学学院董家强课题组在Genome Biology在线发表了题为“EMF2b-1 regulates endosperm cell cycling through PRC2 recruitment in maize” 的研究论文。该研究阐明了玉米EMF2b-1调控胚乳细胞周期和内复制的机制，并揭示在玉米等具有复杂基因组的物种中，PRC2复合体精准靶向下游靶基因的机制，为提高玉米产量奠定理论基础。

该研究发现EMF2b-1基因的功能缺失导致籽粒变小，胚乳细胞周期和内复制过程异常加速。遗传实验证实该表型确由EMF2b-1缺失引起。转录组分析表明，突变体中上调基因富集于细胞周期、DNA复制等通路，RBR-E2F途径下游基因普遍上调。同时，突变体内H3K27me3水平显著下降。通过转录组和H3K27me3的ChIP-seq分析，该研究鉴定出353个下游靶基因存在H3K27me3减少和基因表达增加的现象。结合EMF2b-1的ChIP-seq分析，最终鉴定到98个直接靶基因。这些靶基因明显富集细胞周期和内复制相关过程。其中，籽粒大小调控因子ZmDA1（拟南芥DA1的同源基因，促进内复制进程）被EMF2b-1-PRC2复合物直接靶向，并在emf2b-1突变体中表达上调。此外，进一步的基序富集分析和EMF2b-1免疫沉淀-质谱实验表明，胚乳特异性转录因子BZR1-9通过招募EMF2b-1-PRC2复合物至ZmDA1位点，从而抑制其表达，以调控细胞周期和内复制过程。这些发现表明，EMF2b-1对于玉米胚乳发育过程中的细胞周期进程至关重要，并揭示了一种由转录因子引导的PRC2招募机制。该招募机制不同于同样具有复杂基因组的哺乳动物，但与拟南芥和果蝇中PRC2靶向机制类似。

山东大学副研究员徐佳萌、已毕业博士生张莹、2022级博士生青珂为共同第一作者；董家强教授为论文通讯作者；青岛农业大学闫恒宇老师和山西师范大学李玉斌教授参与了本项研究。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目的支持。

论文链接：

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