美国佐治亚大学和四川农业大学合作揭示跨物种单细胞染色质可及性图谱揭示草类植物顺式调控元件的进化机制

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关键词：

来源：

Nature Plants

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//agri.nais.net.cn/topic/downloadFile/9b38355f-371d-48c6-a059-8e265f40c145

来源地址：

https://www.nature.com/articles/s41477-025-02106-6

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2025-09-16

摘要：

2025年9月17日，美国佐治亚大学Robert J. Schmitz教授和四川农业大学草业科技学院严海东教授领衔的国际研究团队，在Nature Plants上发表题为《A single-cell rice atlas integrates multi-species data to reveal cis-regulatory evolution》的研究论文。本研究整合了水稻、玉米、高粱、野糜子和尾稃草属植物五种禾本科植物叶片的单细胞ATAC-seq数据，描绘了草类植物细胞类型特异性CREs的进化格局。结果表明，约15–35%的开放染色质区域（ACRs）具有细胞类型特异性，但其中仅有极少数在物种间完全保守，大部分呈现出高度的物种特异性。尤其是表皮细胞的ACRs进化速率最快，与表皮相关的基因如角质层形成基因显著富集于物种特异性ACRs附近，提示其在环境适应中发挥关键作用。转录因子motif分析揭示了HDG、WRKY、HD-ZIP等在表皮细胞中的保守调控模式，同时发现DOF家族在C4植物维管束鞘细胞中的特异性富集，反映了其在光合途径进化中的功能关联。此外，研究发现大量ACRs与保守非编码序列和H3K27me3修饰区域显著重叠，鉴定出一类富含Polycomb响应元件的“沉默子”调控区。功能验证表明，这些元件可通过H3K27me3介导的转录抑制精细调控基因表达。整体而言，该研究揭示了禾本科植物调控元件在不同层次上的保守性与可塑性，提出了细胞类型特异性CREs快速进化和功能切换的模式，并鉴定了潜在的“沉默子”元件，为理解植物表观调控进化机制提供了新视角，也为分子设计育种和基因编辑提供了重要的理论依据与靶点。