Nature Plants | 河南农大王桂凤团队发现E2F-PRC2模块调控玉米胚乳细胞增殖

开花植物胚乳与哺乳动物胎盘在营养输送功能上趋同演化，二者均依赖PRC2介导的H3K27me3表观沉默机制来限制组织过度增殖。2026年8月26日，《Nature Plants》杂志在线发表了河南农业大学王桂凤团队完成的研究论文“Atypical E2F transcription factors couple Polycomb Repressive Complex 2 to endosperm cell division and differentiation”。研究团队通过遗传学、表观基因组学和生化分析，揭示了玉米中非典型E2F转录因子ZmE2F12直接招募PRC2核心组分ZmFIE2，在G1/S期细胞周期基因和分化基因上沉积H3K27me3修饰，从而抑制胚乳细胞过度增殖并保障种子正常发育的分子机制。

研究人员利用CRISPR-Cas9和Mutator转座子插入技术创制了玉米ZmFIE1和ZmFIE2的多种突变体。表型分析显示，ZmFIE2功能缺失导致胚乳细胞数目异常增多、细胞尺寸减小，胚发育停滞在原胚阶段，种子最终败育。石蜡切片和半薄切片观察表明，突变体胚乳在5 DAP和7 DAP时细胞总数较野生型分别增加15.2%和47.1%，且胚乳转移层分化严重受损。流式细胞术分析进一步证实，突变体胚乳中代表G2/M期的6C核型比例显著升高，而更高倍性的内复制核型比例则明显降低，说明细胞周期进程加快而内复制受阻。

全基因组ChIP-seq和RNA-seq联合分析发现，fie2突变体中H3K27me3修饰水平几乎全局性下降，其中18,818个基因的H3K27me3修饰丢失，749个上调表达的差异基因与H3K27me3丢失直接相关。这些基因显著富集在DNA复制起始、MCM复合物功能和有丝分裂S期等细胞周期相关通路，包括MCM1-8、多种细胞周期蛋白和CDK激酶基因。研究团队通过de novo基序分析在H3K27me3靶向位点中鉴定到多个E2F识别基序的显著富集，提示非典型E2F转录因子可能参与了PRC2的招募过程。

酵母双杂交筛库实验以ZmFIE2为诱饵，从玉米种子发育全时期cDNA文库中筛选到候选互作蛋白ZmE2F12。GST pull-down、双分子荧光互补和免疫共沉淀实验均证实ZmFIE2与ZmE2F12的N端两个E2F_TDP结构域存在直接的物理相互作用。转录活性分析和双荧光素酶报告实验表明，ZmE2F12能够显著抑制CYCA3;1、CYCD4;1、MCM4等G1/S期细胞周期基因的启动子活性，且这种抑制效应在拟南芥H3K27me3沉积缺陷的emf2-10;vrn2-1双突变体原生质体中明显减弱，说明ZmE2F12的转录抑制功能依赖于PRC2介导的H3K27me3修饰。

鉴于玉米基因组中ZmE2F12存在功能冗余的旁系同源基因ZmE2F13，研究团队构建了e2f12;e2f13双突变体。该双突变体产生皱缩种子表型，胚乳中H3K27me3水平介于野生型和fie2突变体之间，8,071个基因的H3K27me3修饰水平降低，其中大部分与fie2中H3K27me3丢失的基因重叠。流式细胞术显示双突变体胚乳在10 DAP时6C核型显著累积，半薄切片定量分析表明6 DAP时胚乳细胞数较野生型增加15.8%-48.6%。这些表型与fie2突变体相似但程度较轻，证实ZmE2F12和ZmE2F13在调控胚乳细胞增殖中具有功能冗余性。

研究团队进一步验证了这一调控模块在植物中的保守性。ZmFIE2启动子驱动的GUS报告基因在拟南芥胚乳和胚胎中呈现与内源FIE相似的表达模式，但仅有ZmFIE2而非ZmFIE1能够回补拟南芥fie突变体的种子败育表型。酵母双杂交和BiFC实验证实拟南芥FIE蛋白与DEL1、DEL2和DEL3三个非典型E2F蛋白均存在互作。整合分析显示，拟南芥胚乳中4,116个H3K27me3靶向基因包含184个细胞周期相关基因，其中107个同时被DEL1和DEL2结合，包括CYCD4;2和MCM2等G1/S期关键调控因子。这些发现确立了非典型E2F转录因子通过招募PRC2复合物、在G1/S期细胞周期基因上沉积H3K27me3修饰来限制胚乳细胞过度增殖的进化保守机制，为理解表观遗传调控如何协调植物胚乳和哺乳动物胎盘的细胞增殖与分化提供了重要框架。

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