STEMIN转录因子驱动苔藓小立碗藓（Physcomitrium patens）重编程过程中选择性染色质重塑以激活松弛染色质中的基因

这篇综述揭示了AP2/ERF转录因子STEMIN在苔藓伤口诱导重编程中的核心作用：通过多模态单核RNA-seq和ATAC-seq技术，研究者发现STEMIN在部分松弛的染色质环境中选择性增强关键基因位点的可及性（如CYCD;1和EXPB5），协调细胞周期重启（CDKA;1/2）与细胞壁重塑（EXP/XTH），同时抑制自噬相关通路，为植物细胞可塑性提供了表观遗传调控新视角。

　　

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研究背景

陆地植物展现惊人的细胞可塑性，其分化细胞能响应损伤快速重编程为干细胞。苔藓小立碗藓（Physcomitrium patens）的叶片细胞在伤口刺激下可转化为氯丝体顶端干细胞，这一过程依赖AP2/ERF家族转录因子STEMIN的激活。尽管染色质重塑被认为是重编程的关键环节，但其与基因表达的动态关联仍不明确。本研究通过整合单核RNA测序（snRNA-seq）和转座酶可及染色质测序（snATAC-seq），系统解析了STEMIN介导的重编程过程中染色质结构与转录调控的协同机制。

研究方法

研究团队构建了包含野生型和STEMIN三突变体（Δstemin）的20,883个单核多组学图谱，覆盖配子体、原丝体及切割叶片三个时间点（3-6 h、10-14 h、24-36 h）。通过10x Genomics Chromium平台生成文库，利用Seurat和Signac进行数据整合与聚类分析，结合Harmony算法消除批次效应。染色质可及性与基因表达相关性采用Spearman检验，关键基因位点（如CYCD;1启动子区）的可及性变化通过MAC2峰识别和DeepTools量化。

细胞聚类与特征

UMAP分析鉴定出11个细胞簇，其中簇1（重编程叶细胞）和簇7（原丝体顶端干细胞）高表达STEMIN1及其靶基因CYCD;1和PpCSP1。簇1细胞处于分裂前状态（低CYCB;1），而簇7细胞进入活跃分裂期（高CYCB;1/KINID1a）。Δstemin突变体中，簇1细胞虽保持数量优势，但STEMIN靶基因表达显著抑制，且细胞周期调控基因CDKA;1/2异常激活，提示STEMIN通过协调染色质松弛与靶基因激活驱动细胞周期重启。

染色质动态与STEMIN功能

全基因组分析显示，重编程叶细胞（簇1）和原丝体干细胞（簇7）呈现整体染色质松弛状态（ATAC-seq信号增强），但关键基因位点（如CYCD;1 TSS区）的可及性在野生型中特异性升高。STEMIN缺失导致这些位点的可及性增幅减弱，表明STEMIN在全局松弛背景下选择性强化功能位点开放。有趣的是，Δstemin中自噬相关基因（如ATG8）和PpWOX13L通路基因表达上调，暗示STEMIN通过抑制竞争性通路聚焦重编程方向。

转录因子网络与保守机制

启动子区motif分析鉴定出26个富集转录因子结合位点，包括AP2/ERF家族（如CRF2/4）、MADS-box（如SOC1）和DOF家族成员。其中GCC-box（AP2/ERF特征序列）在野生型原丝体干细胞中特异性富集，而DNA损伤响应基因（ATR/SOG1A）的STEMIN依赖性激活，暗示染色质松弛可能与DNA断裂修复偶联。这与动物中单链断裂触发表观重编程的现象呼应，揭示了跨界的保守调控逻辑。

应用与展望

该研究阐明了植物伤口响应中"全局松弛-局部精修"的染色质重塑层级模型：损伤信号引发全基因组可及性增加，STEMIN则在此背景下精准激活细胞周期（CYCD;1/CDKA）和细胞壁重塑（EXPB5）模块。这一机制为作物再生育种和干细胞疗法提供了新靶点，例如通过调控AP2/ERF-WOX13L模块优化组织修复效率。未来研究可探索STEMIN与表观修饰酶（如H3K27me3去甲基化酶）的协同作用，以及其在维管植物中的功能保守性。