在生长和发育过程中，真核生物基因表达受到严格精细的调控，其核心机制之一为反式因子和多种类型的DNA调控元件相互作用，协同控制基因表达的水平。增强子是激活和上调靶基因转录水平的重要调控元件，具有与靶基因间在相对位置、相对距离以及自身正反向都不依赖的特点，增强子作用的灵活性极大地增加了判断基因组内什么序列具有增强子功能的难度。

目前增强子的鉴定方法可主要归属为三类：遗传功能检测、DNA序列保守性分析及表观遗传修饰分析。ENCODE（Encyclopedia of DNA Elements）和modENCODE项目在人类和其他动物方面，通过表观遗传修饰的检测，对增强子的分布做出了大量的分析，然而对所鉴定调控元件的功能性的确定仍需基于遗传功能的检测，这是确定某一DNA片段是否真正具有某种调控作用的最终证据。

由于高等真核生物基因组普遍较大，在全基因组范围内进行增强子的功能性鉴定具有很高的挑战性。近年来多种高通量增强子功能性鉴定的方法被建立，其中STARR-seq（self-transcribing active regulatory region sequencing）首先在果蝇的研究中得到应用，因为其本身的技术特点，相较其他功能性鉴定方法更易于改造并应用于不同体系，目前该方法及其修改版已成功应用于人基因组的增强子功能性鉴定研究。

相较于动物基因组增强子的研究，植物增强子的研究严重滞后，尚无系统性的植物基因组增强子鉴定及与动物基因组增强子的比较，这很大程度上是因为相关技术的复杂性和植物不同于动物细胞特点的限制，导致植物相关调控元件功能性鉴定进展缓慢，在一定程度上限制了植物研究领域对基因表达调控的研究。

近日，南方科技大学生物系侯春晖教授科研团队首次成功应用STARR-seq技术对水稻基因组进行了全面地增强子功能性鉴定分析，相关研究成果以Global Quantitative Mapping of Enhancers in Rice Genome by STARR-seq为题发表在基因组学、蛋白组学和生物信息学领域的重要综合期刊Genomics, Proteomics and Bioinformatics上。

该研究以日本晴为研究对象，利用茎为材料制备原生质体，将报告质粒文库转化茎原生质体中进行表达，随后从原生质体共提质粒和RNA，分别构建测序文库进行二代高通量测序，分析结果并鉴定出具有增强子功能的DNA序列。该研究首次通过功能性鉴定方法发现水稻基因组内9642个区域具有增强子的功能。与动物基因组增强子分布不同的是，绝大部分植物增强子分布在基因内部和附近区域，这与增强子位于基因间区并离基因较远的传统认识不同。

与动物基因组增强子较多位于染色质开放区域并富集H3K4me1修饰不同，水稻增强子和染色质开放区域并不具有较高的重叠度，并很少富集H3K4me1修饰。此外，相当高比例的水稻增强子存在H3K4me3修饰，并且部分水稻增强子存在H3K27me3修饰。

以上发现说明水稻这一模式植物基因组内的增强子无论在分布和表观特征方面都和动物增强子具有很大的差异，这也提示动植物之间在基因表达调控方面存在系统性的差别。

The proposed model for enhancer distribution and functional mechanisms in rice genome.

该项目由南方科技大学侯春晖研究组完成。孙家雷、何娜、牛龙见、黄盈长和沈威为该论文的第一作者，侯春晖教授为通讯作者。该研究得到了国家基金委，广东省科学技术厅和深圳市科创委的资金资助。

侯春晖实验室围绕基因组调控元件的作用机制和染色体的三维空间组织的机制和功能两大主题开展分子遗传和表观遗传学研究，并以此为基础开展调控元件合成的研究探索。实验室常年欢迎博士后、研究生加盟（联系人：侯春晖，houch@sustech.edu.cn）。