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为探究 LEC1 在胚乳中的调控网络及功能，研究人员利用改良 INTACT 系统分离胚乳细胞核，结合 ChIP-seq 和转录组分析。发现 LEC1 调控 auxin 合成、糖运输等通路，且其网络在细胞化前后显著变化，为种子发育机制提供新见解。
种子作为植物繁衍的核心器官，其发育过程精密而复杂，胚乳与胚胎的协同发育更是其中的关键环节。在被子植物特有的双受精过程中，胚乳不仅为胚胎发育提供营养和信号支持，还在种子成熟和萌发中扮演重要角色。然而，关于关键调控因子 LEAFY COTYLEDON1（LEC1）在胚乳中的具体作用机制，长期以来却笼罩着一层神秘的面纱。已知 LEC1 在胚乳和胚胎中均有表达，是种子发育的核心调控因子，但其在胚乳中的基因组结合特征、调控网络及不同发育阶段的功能差异一直未被清晰揭示。解开这些谜团，对于深入理解种子发育的分子机制、优化作物种子性状具有重要的科学意义和应用价值。
为了攻克这一科学难题，来自加拿大国家研究委员会水生和作物资源开发研究中心、萨斯喀彻温大学、加拿大农业与农业食品部伦敦研究与发展中心等机构的研究人员展开了系统研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为人们认识 LEC1 在胚乳发育中的作用打开了新的窗口。
研究人员主要采用了改良的细胞类型特异性核标记分离技术（INTACT）、染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）以及转录组测序（RNA-seq）等关键技术。通过构建特定的转基因植株，利用 INTACT 系统高效分离不同发育阶段的胚乳细胞核，确保了样本的纯度和特异性，为后续的基因组结合分析奠定了坚实基础。
基因组范围内 LEC1 结合基因的鉴定
研究人员首先通过构建 lec1 互补株系（lec1-1 pLEC1:LEC1-GFP，PLL）并引入胚乳核标记，证实了 LEC1 蛋白在胚乳核中的存在。随后，利用改良的 INTACT 系统，分别在核增殖（NP）、细胞化（CE）和退化（DE）阶段分离胚乳细胞核并进行 ChIP-seq 分析。结果显示，在 NP 阶段鉴定出 8517 个 LEC1 结合基因组位点（LOGS），主要分布在染色体臂的启动子区域，涉及 7379 个基因，其中包括 FIE、VIM1、VIM2、YUC10、AGL61 等已知的胚乳发育调控因子，验证了该技术的可靠性。而 CE 和 DE 阶段 LOGS 数量较少，故重点聚焦 NP 阶段数据。
LEC1 对合胞体胚乳中 auxin 合成、运输及信号的转录调控
通过对野生型（WT）和 lec1-1 突变体胚乳的转录组分析，发现在 NP 阶段有 335 个下调和 641 个上调的 LEC1 靶基因（LTGs）。GO 分析显示，下调的 LTGs 富集于 RNA 聚合酶 II 介导的转录正调控，其中包括 12 个 AGL 家族成员，如 AGL62，其通过调控 TAA1、TAR1、YUC10 等基因影响 auxin 合成。上调的 LTGs 则与蔗糖运输、auxin 响应、细胞壁调控等相关，如 SWEET 糖转运蛋白和 PIN1、AUX1 等 auxin 转运蛋白基因表达上调，表明 LEC1 在调控营养分配和细胞分裂中起关键作用。此外，LEC1 还通过抑制次生细胞壁生物合成相关基因（如 MYB20、NAC026）维持合胞体胚乳的特性。
细胞化后 LEC1 调控网络的重大转变
对 CE 和 DE 阶段的分析表明，LEC1 的调控网络在细胞化后发生显著变化。CE 阶段的 LTGs 涉及小分子代谢、赤霉素分解代谢等过程，而 DE 阶段则与种子发育、脂质响应、葡萄糖苷分解代谢相关。例如，DE 阶段的 LTGs 中，VAL1、GATA21 等基因参与种子发育调控，BGLU20、BGLU21 等与葡萄糖苷分解代谢相关。这一转变表明 LEC1 在胚乳不同发育阶段动态切换调控程序，以适应胚胎生长和种子成熟的需求。
胚乳与胚胎中 LEC1 靶基因的比较
通过与胚胎中 LEC1 靶基因的比较，发现仅有 74 个 LTGs 在两者中共享，主要涉及脂肪酸生物合成、体细胞胚胎发生等过程。胚乳特异性 LTGs 在 NP 阶段富集于次生细胞壁生物合成、脂质响应，CE 和 DE 阶段则与 ABA 代谢和组织发育相关。不同组织中 DNA 结合基序的差异（如胚乳中富集 MADS、REM19/VRN1、ABI3 基序，而胚胎中富集 G-box 和 CCAAT 基序），进一步揭示了 LEC1 通过与不同转录因子互作实现组织特异性调控的机制。
LEC1 突变体胚乳的细胞清除和储存脂质合成缺陷
表型分析发现，lec1 突变体胚乳在发育后期清除延迟，导致胚乳过度保留。脂质分析显示，突变体胚乳中三酰甘油（TAG）含量升高，且顺式 ω-7 脂肪酸（如 C20:1ω-7）比例失衡，这与 LEC1 调控 bZIP67 和 FAE1 基因表达，影响脂肪酸延长过程密切相关。研究证实，LEC1 通过调控 MYB115、MYB118 等上游转录因子，间接影响 AAD2、AAD3 等 desaturase 基因，进而控制胚乳脂质的组成和代谢。
这项研究首次系统揭示了 LEC1 在胚乳发育中的全基因组结合图谱和动态调控网络，阐明了其在 auxin 代谢、营养运输、细胞周期及脂质合成中的关键作用。研究发现，LEC1 通过与不同转录因子的组合互作，在胚乳和胚胎中实现特异性调控，为理解种子发育中组织间的信号协同提供了新模型。此外，研究结果对于解析单子叶和双子叶植物种子发育差异、改良作物种子油脂品质具有重要的指导意义，为未来作物遗传改良提供了潜在的分子靶点。
