近日，扬州大学农学院陈忱教授团队在国际权威学术期刊《The Plant Cell》发表了题为“Maternally expressed OsFERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM1 regulates seed dormancy and aleurone development in rice”的研究论文。该研究揭示了水稻中一个名为OsFIE1的表观遗传调控因子通过特定的组蛋白H3K27me3修饰来抑制植物激素赤霉素（GA）的生物合成，从而控制种子休眠和糊粉层发育的新机制。
种子休眠是植物适应环境变化的一种重要策略，它保证了种子只在适宜条件下萌发。然而，过度的休眠会导致萌发不一致，而休眠不足则增加了穗发芽的风险，这会对作物的产量和稳定性造成负面影响。本研究表明，表观遗传调控对于改善水稻种子的休眠特性和营养品质有着重要的意义，并为水稻种质资源的创新及分子设计育种提供了新的理论基础和潜在的基因资源。
研究人员发现，OsFIE1基因在水稻胚乳中特异性表达，并且对种子休眠起正向调控作用。当OsFIE1发生突变时，水稻会出现严重的穗发芽现象。进一步的研究表明，OsFIE1蛋白通过组蛋白修饰降低了与赤霉素生物合成相关的基因OsGA20ox1的表达，防止了赤霉素在胚乳中的过量积累，从而保持了种子正常的休眠状态。实验结果显示，在水稻中过表达OsFIE1可以显著增强种子的休眠能力，减少成熟种子穗发芽的可能性，因此，OsFIE1可被视为分子育种的一个潜在目标，用以开发抗穗发芽的新品种。
此外，该研究还指出，OsFIE1蛋白可以通过组蛋白修饰调控赤霉素生物合成基因OsGA20ox1以及糊粉层分化的重要正调控基因OsCR4的表达，以此抑制糊粉层的分化。由于糊粉层含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、膳食纤维和矿物质等营养成分，增厚糊粉层能够显著提升稻米的营养价值。因此，调节OsFIE1基因的表达水平和活性，可以用来增加水稻糊粉层的厚度，为培育高营养价值的稻米提供了一个宝贵的基因资源。未来的研究需要探索如何在不影响休眠特性的情况下优化水稻的营养品质。
扬州大学农学院博士后成晓俊为论文第一作者，陈忱教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、江苏省农业自主创新项目等项目资助。
