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近日，Nature Plants杂志在线发表了来自南京大学生命科学学院孙博实验室题为“Capture of regulatory factors via CRISPR–dCas9 for mechanistic analysis of fine-tuned SERRATE expression in Arabidopsis”的研究论文，该研究解析了在植物生长发育不同时期及抗病过程中SE表达受精确调控的分子机制。
SERRATE(SE)是一个编码C2H2锌指蛋白的基因, 其在植物 miRNA 形成途径中起到关键作用。此外，SE可调控植物的叶片发育、顶端分生组织的活性、花序结构和植物发育阶段的转换。SE的部分功能缺失突变体se-1，表现出胚胎发生异常、叶片发生延迟、叶片锯齿、发育阶段转换加速、花序异常和花发育等缺陷。同时，SE也参与植物响应生物胁迫和非生物胁迫的过程。然而，相对于被广泛报道的SE功能的重要性，关于SE在植物生长发育不同时期及抗病抗逆时的作用方式及其表达受调控模式仍然未知。长非编码RNA SEAIR被报道在植物生长发育过程中通过组蛋白修饰H3K27me3及H2Aub协同调控SE的表达(Chen et al., 2023, PNAS)，然而负责招募SEAIR到SE启动子区域的关键因子仍有待阐明。
该研究首先通过CRISPR/dCas9系统在拟南芥体内自然情况下捕获与SE基因位点结合的调控因子，发现其中包括三个转录因子PAR2、WRKY19和MYB27。对这三个转录因子的系列实验表明，PAR2是SE的正调控因子，MYB27是SE的负调控因子，而WRKY19在拟南芥生长发育过程中不调控SE。病原菌侵染实验表明，PAR2及WRKY19通过正调控SE的表达从而抵御病原菌的侵害。
进一步研究表明，MYB27在拟南芥营养生长早期以及生殖生长过程中通过与PRC2复合体的几个成员互作，从而招募“SEAIR-PRC2”复合体至SE位点，引起SE第一个外显子区域H3K27me3的富集，抑制SE的表达(图1)。在拟南芥营养生长后期，PAR2通过与MYB27互作，导致MYB27既不能招募“SEAIR-PRC2”复合体，也不能结合SE的启动子区域，从而降低SE第一个外显子区域H3K27me3的水平，促进SE的表达(图1)。
PAR2、WRKY19及MYB27在拟南芥生长发育及抗病过程中调控SE的作用机制
综上，该研究一方面介绍了一种在植物体内整体性捕获关键基因上游直接调控因子的方法。此外，其研究结果也揭示了SE在植物发育与抗病中其表达受多因子共同作用的精确调控机制。
南京大学孙博教授和南京大学助理研究员陈炜作为共同通讯作者，南京大学助理研究员陈炜为该论文第一作者，在Nature Plants在线发表题为“Capture of regulatory factors via CRISPR/dCas9 for mechanistic analysis of fine-tuned SERRATE expression in Arabidopsis”的研究论文，参与了该研究工作还有新加坡国立大学袁于人教授(已逝世)及南京大学陈迪俊教授等。该课题得到了新加坡千禧基金和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。
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