图1
该研究在胚乳发育的不同阶段进行了RNA-seq分析，以授粉后7天的胚乳做对照，并且使用两个反向杂交组合的胚乳进行两个重复，结果表明印迹基因在测试的遗传组合中不均等表达的趋势是保守的，但在两个杂交中没有重叠，即除了胚胎发育早期表达的基因外，印迹基因很少（图1）。
图2
该研究确定了100多个阶段特异性印迹基因和许多以前未被表征的基因，这些基因在水稻胚乳发育过程中被印迹（图2）。并且为了了解与特定生物功能相关的不同类别的印迹基因，进行了基因本体（GO）分析。其中一些基因对胚乳发育至关重要，但以前没有被确定为印迹基因。尽管许多新发现的持久性和阶段特异性印迹基因的作用尚未得到评估，但这些基因可能调节胚乳发育过程中的基因表达（图3）。
图3
为了探究表观遗传状态对持久性和阶段特异性MEGs和PEGs的控制，对F1胚胎和胚乳进行了等位基因特异性全基因组亚硫酸盐测序。发现母系和父系遗传等位基因的CG甲基化存在差异，且持久性MEGs的父系遗传等位基因甲基化水平较高。然而，MEGs并非绝对印迹基因类别，其表达与父本DNA甲基化水平相关。CG和CHG DNA甲基化差异与PEG父本偏置无关，提示其他表观遗传机制可能影响PEG印记（图3，4）。
图4
该研究进一步分析差异甲基化区域（DMRs），并聚焦于H3K27me3标记，发现其与父系偏向性表达相关。持久性和阶段特异性印迹基因在H3K27me3等位基因积累上存在差异，需进一步评估。通过snRNA-seq研究印迹基因的细胞特异性表达模式，发现持续和阶段特异性MEGs和PEGs的细胞类型特异性和亲代不均等表达（图4）。
该研究使用MEME程序寻找与DNA去甲基化或H3K27me3富集相关的顺式调控基序，发现与h3k27me3富集区域相关的特定基序。该基序在Tc/Mariner-Stowaway微型反向重复序列中显著富集，表明PRC2靶向去甲基化DNA区域。H3K27me3在peg和其他基因间存在差异，但去甲基化的Stowaway基序并非唯一相关顺式基序。通过研究印迹基因与表观遗传标记和偷渡者基序的关系，表明DNA去甲基化和H3K27me3沉积可能通过抑制母体等位基因表达来建立PEG（图5）。
该研究对水稻等位基因表达的全基因组时程分析发现两类印记基因-持久性和阶段特异性-及胚乳基因组印记的多层表观遗传控制。MEGs表现为CG/CHG序列去甲基化，导致胚乳特异性表达。相比之下，PEG常显示gbM，并在多种组织中表达。大多数gbM PEG经历母系等位基因特异性去甲基化。DNA去甲基化可能是建立PEG基因组印记的先决条件，随后可能发生H3K27me3沉积。沉默的持久性印记基因在MEGs和PEGs上均有DNA甲基化和H3K27me3标记，而阶段特异性印记基因则表现出更丰富的修饰，且表达在胚乳发育中变化。这些基因的表观遗传状态虽非不连续，但其存在提出胚乳发育和进化中的作用问题,进一步鉴定可能为水稻胚乳发育的进化和调控提供新思路。
https://doi.org/10.1038/s41477-024-01754-4
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