Nature Communications | 父系印记的剂量效应缺陷1（ded1）导致玉米种子重量直感效应

近日，美国宇航局艾姆斯研究中心生物工程分部A. Mark Settles团队在Nature Communications在线发表了题为“Paternal imprinting of dosage-effect defective1 contributes to seed weight xenia in maize”的研究论文。该文章证明了最初定义的xenia：Ded1的印记导致父系等位基因设定胚乳发育的步伐，从而影响种粒和大小。

种子直感（异粉性） xenia 这是根据花粉（父本）对种子或果实的性状产生影响的现象所赋予的名称，现在仅指对胚乳有影响的现象。玉米（玉米）胚乳构成了成熟粒重的大部分。胚乳由二倍体母体中心细胞发育而来，由单倍体精子细胞受精，母体基因组主要影响种子表型。在重新发现孟德尔遗传学之前，由花粉基因型引起的种子表型被假设是由于亲本相互作用引起的，类似于经典的希腊客座-宿主关系（xenia），其中父系基因组被视为受精后成功相互作用的专性角色的客人。

目前尚无已知父系表达基因（PEG）在籽粒发育中具有功能性作用，但已经报道了三种玉米父系效应种子突变体。在本研究中，作者表明剂量效应缺陷1（ded1）位点是一种定量PEG，可作为胚乳发育进展的转录调节剂，并促进对胚乳支持胚胎发育至关重要基因的表达。

作者从1068个自花授粉玉米穗的定量筛选中鉴定出ded1-ref等位基因，W22、B73或Mo17遗传背景中的纯合突变体通常产生具有近空果皮的严重缺陷内核，ded1-ref植物的自花授粉产生的所有突变种子的糊粉层中花青素加速积累（图1）。

为了进一步研究ded1基因的作用，作者通过qRT-PCR确认了早期胚乳中的特异性表达，胚乳中Ded1表达为5至13DAP，峰值为6DAP，此外，Ded1是B73和Mo17杂交的胚乳转录组实验中的定量PEG，基于这些研究，Ded1的父系等位基因在胚乳发育早期显示出更强的偏倚。结合RT-PCR和已发表的mRNA-seq结果，ded1显示种子重量减轻与表达剂量相关。一个正常Ded1等位基因的父系表达提供∼2/3的正常转录本，并补充母系遗传的ded1突变等位基因。两个正常Ded1等位基因的母体表达提供∼1/3正常转录本，并且当ded1从花粉遗传时观察到种子重量降低（图2）。

DED1是一种预测的转录因子，作者通过玉米原生质体中C端融合增强绿色荧光蛋白（DED1-GFP）的瞬时表达来证实它定位于细胞核。接下来，作者通过整合与DED1 DNA结合位点的突变-正常比较的差异表达基因（DEGs）来研究DED1发育功能的分子基础。为了鉴定DED1 DNA结合位点，使用Halo-DED1标记的蛋白质来亲和纯化DAP-seq的B73基因组片段，共发现43，225个富含DED1的峰。DED1结合位点的基序富集分析确定了与拟南芥MYB119相似的结合基序。此外，作者利用电泳迁移率位移测定实验，使用来自DAP-seq峰的探针验证了重组DED1-GST融合蛋白与包括fredy3（fl3）在内的位点子集的预测结合。重要的是，直接靶标的表达与8和13个DAP组织夹层的Ded1表达模式相关（图3）。

作为转录因子，对ded1位点观察到的种子重量剂量效应有可能通过胚乳转录水平的变化来介导，一些DED1直接靶标具有明确定义的生物学功能，可以深入了解ded1突变的发育后果。于是，作者通过qRT-PCR分析剂量系列的正常Ded1等位基因和6个DEG的表达，这些数据与在mRNA-seq研究中观察到的PEG表达模式以及CAPS RT-PCR分析一致（图4）。

总之，作者的研究工作确定了种子大小的主要转录调节剂，它在胚乳细胞增殖，胚乳分化和促进胚胎发育的过程中起着关键作用。Ded1的印迹基因表达赋予了对种子正常发育和资源分配的父亲控制。这些结果支持了印迹基因表达进化的亲缘理论以及被子植物生殖发育中存在的xenia关系。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33055-9

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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