Динамические хроматиновые программы во время эмбриогенеза гексаплоидной пшеницы
Исследователи из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук создали референсный эпигеном эмбриогенеза аллогексаплоидной пшеницы. Он включает данные по семи модификациям гистонов (H3K4me1, H3K4me3, H3K9ac, H3K9me2, H3K27ac, H3K27me3 и H3K36me3), распределению гистонового варианта H2A.Z и РНК-полимеразы II, доступности хроматина и транскриптомам.
Ключевые открытия:
- Ранний эмбриогенез: После оплодотворения в зародыше пшеницы наблюдаются масштабные изменения в транскрипции и состоянии хроматина. Модификация H3K27ac (маркер активной экспрессии) снижается на 2-й день после антезиса (DPA2), в основном на генах, связанных с цветением. Модификация H3K27me3 (подавляет экспрессию) снижается на DPA4, преимущественно на генах ниши стволовых клеток. Это «обнуление» эпигенетических меток может способствовать зиготической активации (ZGA).
- Средний эмбриогенез: Доступность хроматина и модификация H3K27ac увеличиваются, создавая разрешающую хроматиновую среду, благоприятную для связывания транскрипционных факторов. На основе особенностей cis- и trans-регуляции были построены регуляторные сети генов для формирования паттерна зародыша.
- Поздний эмбриогенез: Хроматин снова конденсируется с увеличением H3K27me3, в том числе вокруг генов дифференцировки, что сохраняет их в неактивном состоянии. Это может объяснять, почему растения, в отличие от животных, не проходят более глубокий органогенез.
- Общая динамика: Состояние хроматина конденсировано на ранних и поздних стадиях, но доступно в середине эмбриогенеза. Эта картина коррелирует с паттерном экспрессии генов из разных субгеномов (сходный-разный-сходный).
- Особенности пшеницы: У пшеницы с большим геномом дистальная регуляция более важна и сложна, чем у растений с меньшими геномами, таких как Arabidopsis и рис. Различия в эпигенетических модификациях и вставках мобильных элементов в трёх субгеномах могут влиять на предвзятую экспрессию гомеологов.
Работа, опубликованная в Genome Biology, предоставляет уникальный эпигеномный ресурс для изучения эмбриогенеза пшеницы и функционального анализа ключевых генов, особенно участвующих в ZGA.