种子大小作为重要的农艺性状,其控制机理对于农业生产和育种具有重要的指导意义。开花植物的种子是双受精过程的产物,一个精细胞和卵细胞融合形成二倍体的胚,另外一个精细胞和中心细胞融合形成三倍体的胚乳。胚,胚乳和种皮三者协调发育共同决定种子大小。其中,胚乳是种子内部营养物质储存的主要场所,是水稻,玉米等粮食作物成熟种子的主要组成成分。在种子的发育过程中,早期胚乳通过同步核分裂的方式快速增长,促进种子体积快速增大,在种子大小控制中发挥着核心的作用。以WRKY10转录因子为代表的IKU通路被发现可以不对称的调控早期胚乳的生长发育,从而影响最终种子大小。本课题从反向遗传学出发,鉴定一个不同于iku突变体的小种子突变体cy（chengyu）。CY基因编码产生α-酮戊二酸脱氢酶,一个三羧酸循环（TCA cycle）关键酶。CY突变导致体内的α-酮戊二酸过量积累。α-酮戊二酸是众多表观修饰酶类必须的共同底物,如DNA去甲基化关键酶TET类蛋白,Jumonji类组蛋白去甲基化酶等,它们都属于二价铁离子和α-酮戊二酸依赖的氧化酶类（Fe（II）and 2-oxoglutarate dependent oxygenases）。我们以cy突变体为主要研究材料,对cy突变体中胚乳的生长发育进行表型观察,同时构建荧光报告载体和GUS报告载体来分析CY基因的表达模式,通过烟草瞬时转化实验确定CY的亚细胞定位。同时运用q-PCR和Ch IP-q PCR等分子生物学方法对cy突变体进行了深入分析,发现CY基因可能部分通过表观遗传修饰对IKU基因的表达进行调控进而影响种子生长发育。现将主要研究结果概括如下:1.通过DIC相差显微镜观察cy突变体的胚乳生长发育过程。在cy突变体种子中,胚乳细胞核的分裂速度变慢,胚乳细胞分化速度迟缓,合点端胚乳的分化受到显著影响。2.转录水平上分析CY基因的表达。pCY::GUS表达模式分析结果表明CY基因启动子在幼苗,花朵,种子等组织中均有表达。pCY::H2B-Clover表达模式分析结果表明,随着胚乳的细胞核进行同步核分裂过程,胚乳细胞内的核数目不断增多,胚乳细胞核内荧光相对于单核胚乳亮度逐渐减弱。在16核胚乳,32核胚乳时期,合点端胚乳的荧光强度强于外周区胚乳和珠孔端胚乳。3.在蛋白水平分析CY基因的表达。pCY::gCY-Clover表达模式分析结果表明,CY的蛋白产物能在种子,根,胚珠和花药等组织表达。4.蛋白定位分析。p35S::gCY-Clover和p35S::g COXIV-m Ruby2载体的烟草瞬时转化结果表明CY基因编码产生的α-酮戊二脱氢酶定位于线粒体。5.JMJ蛋白是一类重要的组蛋白去甲基化酶,能量代谢有可能通过JMJ蛋白调控种子大小。如预期一致,相应jmj多突变体表现大种子表型。6.IKU家族基因在cy突变体中转录下调,在相应jmj突变体中转录上调,超表达IKU基因可回复cy突变体表型。且Ch IP-q PCR结果表明cy突变体中IKU家族基因上对应表观修饰发生如预期变化。说明CY通过JMJ调控IKU通路基因表达影响胚乳发育和最终种子大小。近年在哺乳动物胚胎干细胞的研究中,发现α-酮戊二酸及其脱氢酶可以参与调控表观修饰酶的活性,并进而影响细胞分裂分化等。这些结果表明能量代谢有可能通过表观修饰调控基因组的转录进而影响生命体的生长发育。cy突变体为在植物中探索该问题提供了机会,我们发现在拟南芥胚乳发育和种子大小调控中也存在着类似的机理。