7月6日，我室陈忱教授课题组的最新研究成果在国际著名期刊《Plant Journal》在线发表论文，题目为“Functional divergence of two duplicated Fertilization Independent Endosperm genes in rice with respect to seed development”，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。

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。

我室博士研究生成晓俊和硕士研究生潘梅瑶为论文共同第一作者，中国水稻研究所鄂志国副研究员参与了此项工作，陈忱教授为论文通讯作者。该研究得到国家重点研发计划，国家自然科学基金和江苏省杰出青年基金等项目的资助。

图 OsFIE1和OsFIE2在水稻种子发育中功能分化