近日,我院陈忱教授课题组在Plant Journal杂志上发表了题为Functional divergence of two duplicated Fertilization Independent Endosperm genes in rice with respect to seed development的研究文章，报道了水稻PRC2（polycomb repressive complex2）家族成员成员OsFIE1和OsFIE2在水稻中的演化及其调控种子发育的功能。

PRC2是一类在不同物种中高度保守的蛋白复合体，可以通过对染色质组蛋白的甲基化修饰参与调节生物体的发育。FIE（Fertilization Independent Endosperm）蛋白是植物PRC2复合体的重组分。和拟南芥不同，水稻基因组编码两个FIE同源基因，其中OsFIE1只在胚乳中特异表达，而OsFIE2为组成性表达；异位表达OsFIE1导致植株矮化多蘖，而过量表达OsFIE2则无明显表型。之前陈忱课题组（Chen et. al, Plant Physiology, 2018）及前人研究均发现OsFIE1是一个只表达母本等位基因的印记基因，而OsFIE2为非印记基因。这些结果表明OsFIE1和OsFIE2的表达调控和功能产生了分化，但是其演化机制并不清楚。

该研究发现OsFIE1是通过一次距今较近的OsFIE2复制事件产生的，只有稻族植物存在其同源基因；在稻属植物演化过程中，OsFIE1蛋白在N端产生了一段额外的序列；相较于OsFIE1以及其他PRC2成员，OsFIE2经历了显著的纯化选择。通过构建OsFIE1和OsFIE2的嵌合基因并在水稻中过量表达，证明OsFIE1的N端额外序列并不是造成OsFIE1和OsFIE2过表达植株表型差异的原因；在胚乳中特异过量表达OsFIE1能够导致种子变小。进一步通过创制OsFIE1和OsFIE2的CRISPR/Cas9敲除突变体材料，发现OsFIE1突变对种子早期发育的影响较小，但是osfie1籽粒显著变小、穗发芽明显增加；而OsFIE2突变导致胚乳细胞化过程受阻，无法获得osfie2纯合突变体。对osfie1，osfie2以及osfie1,2双突材料胚乳的转录组分析表明，OsFIE1和OsFIE2对一些贮藏蛋白合成以及光合作用基因的表达调控存在加性效应。该研究证明了OsFIE1和OsFIE2在调控种子发育中的功能发生了分化，OsFIE1主要在种子发育后期发挥作用，而OsFIE2对胚乳早期发育特别是细胞化过程中是必需的。

我院陈忱课题组的在读博士生成晓俊和硕士生潘梅瑶为论文共同第一作者。陈忱教授为论文通讯作者，中国水稻所鄂志国研究也参与了该项研究工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和江苏省杰出青年基金等项目的经费支持。