本文是一篇关于植物顺式调控序列（cis-regulatory sequences）的综述文章，由Robert J. Schmitz、Erich Grotewold和Maike Stam等作者撰写，发表于2021年的《The Plant Cell》期刊。文章主要探讨了植物顺式调控模块（cis-regulatory modules, CRMs）的重要性、发现方法以及未来研究中的挑战。以下是对该文章的详细介绍。
本文的主要作者包括Robert J. Schmitz（美国乔治亚大学遗传学系）、Erich Grotewold（密歇根州立大学生物化学与分子生物学系）和Maike Stam（荷兰阿姆斯特丹大学生命科学研究所）。文章发表于2021年，由牛津大学出版社出版，属于开放获取文章。
顺式调控序列（cis-regulatory elements, CREs）和顺式调控模块（CRMs）在调控基因表达中起着核心作用。CRMs包括增强子（enhancers）、沉默子（silencers）和绝缘子（insulators）等，它们决定了基因在何时、何地以及以何种水平表达。尽管近年来基因组测序和注释技术取得了巨大进展，但CRMs的识别和理解仍然滞后，尤其是在植物中。本文综述了当前关于CRMs的知识，探讨了识别和验证CRMs的技术，比较了不同植物物种中CRMs的基因组分布，并讨论了转座子（transposable elements, TEs）在CRMs进化中的作用。
CRMs是由多个CREs组成的模块，能够调控基因的表达。CRMs的功能状态可以分为活性（active）、抑制（repressed）和预备（poised）三种状态。活性CRMs通常具有开放的染色质结构，富含组蛋白乙酰化（H3K9ac、H3K27ac等）和转录因子结合位点（TF binding sites, TFBSs）。抑制状态的CRMs则通常被组蛋白H3K27me3修饰，染色质结构封闭，无法与转录因子结合。预备状态的CRMs则介于两者之间，染色质部分开放，可能在某些条件下被激活。
转录因子（transcription factors, TFs）是CRMs的关键组成部分，它们通过与CRMs中的CREs结合来调控基因表达。先锋转录因子（pioneer TFs）能够结合到封闭的染色质上，并通过招募组蛋白修饰酶和染色质重塑复合物来打开染色质结构，从而使其他非先锋转录因子能够结合并激活CRMs。
CRMs在基因组中的分布与基因组大小密切相关。在基因组较小的植物（如拟南芥）中，大多数CRMs位于其调控基因的附近。而在基因组较大的植物（如玉米）中，CRMs可能位于距离目标基因数十甚至数百千碱基对（kbp）的位置。这种远距离调控的机制依赖于染色质的三维结构，CRMs通过染色质相互作用与目标基因的启动子区域结合，从而调控基因表达。
转座子（TEs）是基因组中的可移动元件，它们可以通过插入基因组中的不同位置来影响基因表达。研究表明，TEs是CRMs的重要来源之一。在人类和玉米中，约有25-30%的调控序列可能来源于TEs。TEs可以通过提供新的CREs来重新连接基因调控网络，从而在进化过程中发挥重要作用。
识别和验证CRMs是植物生物学中的一个重要挑战。目前，常用的方法包括染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）、染色质可及性分析（如ATAC-seq）以及染色质构象捕获技术（如Hi-C）。这些技术能够帮助研究人员在全基因组范围内识别CRMs，并确定它们与目标基因的相互作用。
TEs可以通过插入基因组中的不同位置来提供新的CRMs。例如，玉米中的Hopscotch转座子插入到tb1基因上游约60 kbp的位置，增强了tb1基因的表达，从而影响了玉米的顶端优势。类似地，苹果中的RedTE转座子插入到mdmyb1基因上游，增强了该基因的表达，导致苹果果皮呈现红色。
尽管在CRMs的研究中取得了显著进展，但仍有许多挑战需要克服。首先，CRMs的功能状态和调控机制在不同植物物种中可能存在差异，需要更多的跨物种比较研究。其次，TEs在CRMs进化中的作用尚未完全阐明，未来的研究需要进一步探讨TEs如何通过提供新的CREs来重新连接基因调控网络。最后，随着单细胞技术的发展，研究人员将能够在单细胞水平上研究CRMs的动态变化，从而更深入地理解基因表达的调控机制。
本文综述了植物顺式调控序列的研究现状，强调了CRMs在基因表达调控中的重要性，并探讨了TEs在CRMs进化中的作用。文章不仅为植物生物学领域的研究人员提供了全面的知识框架，还为未来的研究指明了方向。通过深入理解CRMs的功能和调控机制，研究人员可以更好地利用自然变异和合成生物学技术来优化植物生长、增强抗逆性以及开发新的植物产品。
本文的亮点在于其全面综述了植物顺式调控序列的研究进展，特别是对CRMs的功能状态、基因组分布以及TEs在CRMs进化中的作用的深入探讨。文章还介绍了多种用于识别和验证CRMs的技术，为未来的研究提供了重要的工具和方法。