Die Chromatinorganisation prägt die Genexpression durch Histonvarianten und -modifikationen, um fein abgestimmte regulatorische Umgebungen zu schaffen, die von transkriptionellen Effektoren wie Transkriptionsfaktoren (TFs) gelesen werden können. Diese regulatorischen Umgebungen sind in Chromatinzustände organisiert: die wahrscheinlichsten Kombinationen von Histonvarianten und -modifikationen, die genomische Regionen definieren. Komplexe Wechselwirkungen zwischen TFs und Chromatinzuständen bestimmen Genexpressionsmuster. Während diese bei Tieren gut charakterisiert sind, blieben Chromatinzustände und ihr Zusammenspiel mit TFs bei Landpflanzen schlecht verstanden. Diese Dissertation präsentiert eine umfassende Analyse der Chromatinorganisation und ihrer Wechselwirkungen mit TFs bei Landpflanzen. Unter Verwendung von ChromHMM mit 27 Histonmodifikationen und -varianten identifizierten wir 26 verschiedene Chromatinzustände in Arabidopsis thaliana. Durch systematische Analysen zeigten wir, dass H2A-Varianten wichtige Determinanten der Chromatinzustandsidentität sind: H2A.W markiert konstitutives Heterochromatin, H2A.Z definiert fakultatives Heterochromatin, und H2A/H2A.X reichern Euchromatin an, was die Ansicht in Frage stellt, dass Histonmodifikationen primär die Chromatinorganisation antreiben. Eine vergleichende Analyse zwischen Arabidopsis und Marchantia (über 450 Millionen Jahre divergiert) zeigte eine bemerkenswerte Konservierung der Chromatinzustände, einschließlich der H2A-Varianten-Domänen-Beziehungen, was auf eine frühe Etablierung fundamentaler regulatorischer Mechanismen bei Landpflanzen hinweist. Wir entwickelten ein TF-Aktivitätsbewertungssystem, das Bindungsdaten mit Genkoexpression integriert, um funktionelle TF-Bindungsereignisse zu unterscheiden. Dies enthüllte drei TF-Gruppen basierend auf Chromatinpräferenzen und identifizierte potenzielle Kandidaten für Pionier-Transkriptionsfaktoren, die repressive Chromatinzustände binden. Diese Arbeit etabliert Chromatinzustände als ein konserviertes pflanzliches regulatorisches Framework. Histonvarianten dienen als molekulare Orientierungspunkte, die Modifikationen in funktionelle Domänen organisieren, während TFs durch spezialisierte Bindungspräferenzen navigieren. Diese Erkenntnisse bieten ein umfassendes Verständnis der pflanzlichen Genregulation und enthüllen die evolutionäre Konservierung chromatin-vermittelter transkriptioneller Kontrolle bei Landpflanzen.
Vikas Shukla (Wed,) studied this question.