近日，由严海东特聘教授和美国佐治亚大学Robert J. Schmitz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顺式调控元件（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。

该研究由美国佐治亚大学、四川农业大学、上海交通大学、宾夕法尼亚大学、香港中文大学等多家中外机构合作完成。四川农业大学草业科技学院严海东特聘教授和John P. Mendieta博士为共同第一作者，严海东特聘教授和Robert J. Schmitz教授为共同通讯作者，草业科技学院黄琳凯教授、靳雅荣特聘副教授、张新新青年研究员也参与了此项工作。研究得到中国国家重点研发计划、四川省国际合作项目、美国国家科学基金会（NSF）以及美国国立卫生研究院（NIH）等项目的支持。

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