陕西
被子植物的新一代生命由双受精过程启动：一个精细胞与卵细胞受精形成胚胎，另一个精细胞与中央细胞受精形成胚乳。胚胎和胚乳被母体珠被组织发育形成的种皮紧密包裹，从而形成种子。然而，受精后由珠被组织构建的母体微环境如何精准协同调控子代发育，一直是植物有性生殖领域亟待解决的关键科学问题。此前，关于植物胚胎发生的研究大多集中于胚胎自身的调控，忽视了母体微环境的影响。近年来，越来越多的证据表明，母体微环境对子代发育也具有重要作用，但其具体功能及作用机制仍知之甚少。
近日，武汉大学赵鹏教授课题组在Nature Plants上发表了题为Maternal epigenetic regulation of embryonic patterning in plants的研究论文，首次揭示了母体珠被组织在受精后发生了表观遗传重编程。该重编程过程对母体组织中生长素转运基因的适时激活至关重要，进而使生长素在受精后积累于胚胎附着的母体组织处，实现生长素从母体组织向胚胎的转运，精准调控植物胚胎的模式建成，维持种子的育性。
研究发现，受精后种子中珠被组织内的H3K27me3修饰发生了显著的动态变化。当H3K27me3去甲基化酶（REF6、ELF6和JMJ13）缺失时，受精后珠被组织中H3K27me3的重编程过程受到阻碍，导致珠孔端珠被组织中的生长素水平显著降低，进而引发胚胎分裂模式紊乱和种子败育。在ref6 elf6 jmj13三重突变体的母本珠被组织中特异表达H3K27me3去甲基化酶REF6后，胚胎分裂模式得以恢复正常；而在ref6 elf6 jmj13突变体的卵细胞、胚胎或胚乳中特异表达REF6，则无法恢复胚胎分裂模式的异常。这明确表明，受精后母体珠被组织中H3K27me3的重编程对胚胎模式建成至关重要。
进一步研究发现，生长素转运蛋白编码基因AUX1和LAX1是H3K27me3去甲基化酶REF6的靶基因。H3K27me3去甲基化酶的缺失会导致AUX1和LAX1启动子区域H3K27me3异常沉积，进而使珠被组织中AUX1和LAX1的表达水平显著降低。AUX1和LAX1的突变同样导致受精后珠孔端的珠被组织无法正常积累生长素，胚胎分裂模式紊乱，明确了母体组织中H3K27me3去甲基化酶调控胚胎模式建成的作用途径。
综上，该研究创新性地阐明了“受精触发母体组织表观遗传重塑——激活母体生长素转运——调控胚胎模式建成”的完整级联调控机制。首次明确了母体组织通过表观遗传调控子代发育的作用途径，厘清了植物母体微环境与胚胎发育之间的协同调控关系，填补了植物母源表观遗传调控领域的研究空白。
图1. 母体组织中H3K27me3重编程调控胚胎模式建成的工作模型
武汉大学生命科学学院博士研究生李海明和钟意成为论文的共同第一作者，赵鹏教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金和贵州省科技厅等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41477-026-02421-6
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