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向日葵中由反向重复衍生的小 RNA 对染色质拓扑结构和转录的动态调控。

Dynamic regulation of chromatin topology and transcription by inverted repeat-derived small RNAs in sunflower.

机构信息

Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (IAL), Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas (FBCB)-Universidad Nacional del Litoral (UNL), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), 3000 Santa Fe, Argentina.

Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (IAL), Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas (FBCB)-Universidad Nacional del Litoral (UNL), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), 3000 Santa Fe, Argentina

出版信息

Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Aug 27;116(35):17578-17583. doi: 10.1073/pnas.1903131116. Epub 2019 Aug 13.

Abstract

Transposable elements (TEs) are extremely abundant in complex plant genomes. siRNAs of 24 nucleotides in length control transposon activity in a process that involves de novo methylation of targeted loci. Usually, these epigenetic modifications trigger nucleosome condensation and a permanent silencing of the affected loci. Here, we show that a TE-derived inverted repeat (IR) element, inserted near the sunflower locus, dynamically regulates the expression of the gene by altering chromatin topology. The transcripts of this IR element are processed into 24-nt siRNAs, triggering DNA methylation on its locus. These epigenetic marks stabilize the formation of tissue-specific loops in the chromatin. In leaves, an intragenic loop is formed, blocking transcription. While in cotyledons (Cots), formation of an alternative loop, encompassing the whole gene, enhances transcription of the gene. The formation of this loop changes the promoter directionality, reducing IR transcription, and ultimately releasing the loop. Our results provide evidence that TEs can act as active and dynamic regulatory elements within coding loci in a mechanism that combines RNA silencing, epigenetic modification, and chromatin remodeling machineries.

摘要

转座元件 (TEs) 在复杂的植物基因组中极为丰富。长度为 24 个核苷酸的 siRNA 控制转座子活性,这一过程涉及靶向基因座的从头甲基化。通常,这些表观遗传修饰会引发核小体凝聚,并使受影响的基因座永久沉默。在这里,我们表明,向日葵基因附近插入的一个源自 TE 的反向重复 (IR) 元件通过改变染色质拓扑结构来动态调节基因的表达。该 IR 元件的转录本被加工成 24 个核苷酸的 siRNA,在其基因座上引发 DNA 甲基化。这些表观遗传标记稳定了染色质中组织特异性环的形成。在叶片中,形成一个基因内环,阻断转录。而在子叶(Cots)中,形成一个包含整个基因的替代环,增强了基因的转录。该环的形成改变了启动子的方向性,降低了 IR 转录,最终释放了环。我们的结果提供了证据,证明 TEs 可以作为一种机制在编码基因座内作为活跃和动态的调节元件,该机制结合了 RNA 沉默、表观遗传修饰和染色质重塑机制。

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