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被子植物的种子由胚、胚乳和种皮三部分组成,胚乳增殖速率在发育中后期呈现巨大差异。禾本科及一些双子叶植物的胚乳占据了成熟种子的绝大部分体积;而其他一些双子叶植物如拟南芥（Arabidopsis thaliana）,胚乳发育的早期阶段为合胞体胚乳增殖,细胞化阶段标志着种子及胚乳迅速发育的结束,随即胚胎吸收胚乳迅速生长。这两种胚乳发育的分子机制至今未明。本实验在拟南芥、二穗短柄草（Brachypodium distachyon）、水稻（Oryza Sative）和大豆（Glycine max）中进行,主要研究功能保守的HAIKU2（IKU2）及差异的表观遗传学修饰共同作用调控两种不同的胚乳发育模式。AtIKU2编码一个富含亮氨酸重复序列的受体激酶[leucine-rich repeat（LRR）receptor-like kinase],是调控胚乳增殖的关键因子;Atiku2突变体胚乳细胞化提前,胚乳细胞数目减少,产生小种子。拟南芥有三个Polycomb repressive complexes 2（PRC2）复合体,分别为EMBRYONIC FLOWER（EMF）PRC2、VERNALISATION（VRN）PRC2、和FERTILISATION INDEPENDENT SEED（FIS）PRC2复合体,其中只有FIS PRC2复合体在生殖发育过程中发挥功能。MEDEA（MEA）为FIS PRC2复合体的甲基转移酶,目前仅被报道在十字花科植物中存在,其SET结构域能够催化形成组蛋白H3K27me3标记,抑制靶基因的表达;Atmea突变体胚乳细胞核持续增殖,种子死亡。本研究从分子、生化及遗传学角度分析了MEDEA-IKU2途径调控两种不同的胚乳增殖速率的机制,具体研究结果如下:（1）二穗短柄草、水稻和大豆中存在AtIKU2同源基因,BdIKU2、Os IKU2和GmIKU2,在拟南芥中调控胚乳增殖的功能是保守的。我们获得了以下转基因植物:pAtIKU2::AtIKU2/Atiku2、pAtIKU2::BdIKU2/Atiku2、pAtIKU2::Os IKU2/Atiku2和pAtIKU2::GmIKU2/Atiku2,在种子百粒重、转基因表达模式、胚胎发育进程和胚乳细胞化进程中,都能将Atiku2突变体种子表型完全回补至Col。因而在这四个物种中,都存在功能保守的IKU2s。（2）BdIKU2调控胚乳增殖。二穗短柄草Bdiku2突变体表型为胚乳细胞化提前,胚乳细胞数目减少而胚乳细胞大小不具显著差异,突变体产生小种子。Bdiku2突变体的小种子表型可通过表达pBdIKU2::BdIKU2或者pBdIKU2::AtIKU2互补恢复,因而BdIKU2和AtIKU2在二穗短柄草中调控胚乳增殖的功能也是保守的。（3）AtIKU2位点在细胞化阶段存在转录抑制修饰。qRT-PCR实验结果显示,pAtIKU2::AtIKU2（pAtIKU2::AtIKU2/Atiku2转基因植物中）和pAtIKU2::BdIKU2（pAtIKU2::BdIKU2/Atiku2转基因植物中）在3 day after pollination（DAP）后m RNA表达量下降;原位杂交结果显示,pAtIKU2::AtIKU2（pAtIKU2::AtIKU2/Atiku2转基因植物中）和pAtIKU2::BdIKU2（pAtIKU2::BdIKU2/Atiku2转基因植物中）仅可在合胞体胚乳（1-3 DAP）中检测到极低表达。因而在发育中后期（3 DAP后）,拟南芥AtIKU2表达被抑制。（4）At MEDEA在4-5 DAP抑制AtIKU2表达,从而抑制胚乳增殖。2-3 DAP（合胞体阶段）时,At MEDEA不能被招募到AtIKU2位点,AtIKU2能够进行转录,胚乳细胞增殖。4-5 DAP（细胞化阶段）时,At MEDEA被招募到AtIKU2启动子上,AtIKU2位点（主要在转录TSS区域）组蛋白H3K27me3标记富集,能够抑制AtIKU2基因转录及随后的胚乳增殖,拟南芥种子生长转向胚胎迅速发育。（5）BdIKU2和Os IKU2位点检测不到组蛋白H3K27me3标记抑制修饰,基因持续转录,胚乳持续增殖。qRT-PCR实验结果显示,BdIKU2和Os IKU2能够在发育至20 day after anthysis（DAA）种子中检测到表达。Ch IP实验结果显示,在2-3、6-7和14-15 DAA三个时间段内,在BdIKU2和Os IKU2位点检测不到任何组蛋白H3K27me3标记累积。原位杂交实验结果显示,BdIKU2和Os IKU2不仅能在合胞体胚乳中检测到表达,也在胚乳发育后期进行分裂的内胚乳细胞和糊粉层细胞中检测到表达,表达可持续到内胚乳细胞进行细胞程序性凋亡之前的核内复制阶段。因而在细胞化及后细胞化阶段,BdIKU2和Os IKU2能够持续转录,胚乳细胞不断进行分裂,数目增加。（6）4-9 DAP,pBdIKU2::BdIKU2在拟南芥中持续表达,产生大量胚乳组织。4-7 DAP时,原位杂交结果显示pBdIKU2::BdIKU2（pBdIKU2::BdIKU2/Atiku2转基因植物中）可在胚乳细胞中检测到高表达。pBdIKU2::BdIKU2/Atiku2转基因植物中,异常发育的种子结构内部持续产生更多的游离胚乳核。在拟南芥中,pBdIKU2::BdIKU2不响应AtIKU2位点存在的转录抑制修饰系统。（7）GmIKU2在种子发育后期表达被抑制。石蜡切片结果显示大豆种子发育模式与拟南芥基本一致。由qRT-PCR及Ch IP实验结果可知:1-6 day after flowering（DAF）,GmIKU2表达量较高;7-18 DAF,GmIKU2表达量下降。2-3 DAF,GmIKU2位点未检测到H3K27me3标记富集;7-9 DAF时,GmIKU2位点H3K27me3标记富集,因而GmIKU2表达被组蛋白H3K27me3标记抑制。（8）大豆中存在At MEDEA的同源基因。进化树分析结果显示,At MEDEA与At SWN位于同一进化分支上,At MEDEA由At SWN进化加倍而来。大豆和蓝星睡莲（Nymphaea colorata）的SET蛋白与At MEDEA位于同一进化分支;其他几个禾本科物种,二穗短柄草、水稻、玉米（Zea mays）、粗山羊草（Aegilops tauschii）、大麦（Hordeum vulgare）、狗尾巴草（Setaria viridis）、栽培小麦（Triticum aestivum）和硬粒小麦（Triticum durum）,和无油樟（Amborella trichopoda）的SET蛋白位于同一分支上。（9）GmMEDEA在大豆胚乳中表达,抑制后期胚乳增殖速率。大豆中也存在MEDEA。p At MEDEA::At MEDEA和p At MEDEA::GmMEDEA能够互补Atmea-3突变体种子表型;At MEDEA和GmMEDEA在4-5 DAP能够被招募到AtIKU2的启动子上,H3K27me3标记富集,AtIKU2转录沉默。同时GmMEDEA可在发育的胚乳组织中检测到表达。因而实验结果支撑了长期存在的理论:MEDEA是在基因组加倍事件中由SWN进化加倍而来,获得了抑制胚乳增殖、重调胚乳与胚胎增殖速率的功能。综上所述,二穗短柄草、水稻和大豆中存在AtIKU2的同源基因,调控胚乳增殖的功能是保守的,而MEDEA存在差异进化。在十字花科植物拟南芥和豆科植物大豆中,存在着由SWN进化加倍而来的MEDEA,在种子发育中后期,被招募到IKU2的启动子上,通过组蛋白H3K27me3标记修饰,抑制IKU2基因表达及胚乳增殖。而在禾本科植物二穗短柄草和水稻中,目前实验证据找不到MEDEA同源基因,BdIKU2和Os IKU2长时间表达促进了胚乳增殖。MEDEA-IKU2的表达模式决定了两种不同的胚乳增殖速率。