Title (eng)
RNA-directed DNA Methylation in Arabidopsis
do secondary siRNAs act in trans ; atypical DNA methylation in genes encoding cysteine-rich peptides
Author
Wanhui You
Advisor
Marjori Matzke
Assessor
Hisashi Tamaru
Andrea Leodolter-Barta
Abstract (deu)
RNA-dirigierte DNS Methylierung (RdDM) ist ein epigenetischer Prozess, der zuerst in Pflanzen aufgeklärt wurde, wobei doppelstängige RNA (dsRNA) in 24 nt siRNAs verarbeitet werden, um de novo Methylierung von sowohl symmetrischen als auch asymmetrischen Cytosinen, umgeben von jedweder Sequenz, an der homologen DNA Region zu bewirken.
Kapitel I: Im RNA-dirigierenden DNA Methylierungs (RdDM) Pfad führen kleine RNA Moleküle, die sogenannten siRNAs, Cytosin Methylierung an die passenden Stellen im Genom. An einigen Stellen kann durch die Produktion der sogenannten sekundären siRNAs, die für Ihre Biogenese auf Pol IV and RDR2 angewiesen sind, die Ausbreitung der Methylierung über den ursprünglich modifizierten Bereich hinaus erfolgen. Hier zeigen wir, dass sekundäre siRNAs nicht nur in cis an der Stelle wo sie hergestellt werden Methylierung bewirken können, sondern auch in trans an ungekoppelten homologen Zielstellen, sofern diese Sequenzen durch Pol II transkribiert werden um eine “nascent“ RNA zu erzeugen. Pol II Transkription scheint die Amplifikation von den siRNAs an der Zielstelle zu unterstützen, vermutlich durch Erhöhung der siRNAs auf Niveaus, die ausreichend sind um RdDM zu induzieren. Nicht-transkribierte Zielstellen, die in der Anwesenheit von in trans wirkenden sekundären siRNAs unmethyliert verbleiben, können trotzdem von reichlichen Mengen von Haarnadel-abgeleiteten siRNAs, die unabhängig von Pol IV und RDR2 sind, methyliert werden. So scheint es, dass die Transkription einer Zielstelle durch Pol II für die siRNA abhängige DNA Methylierung nicht erforderlich ist, sondern eher für die Vervielfachung der siRNAs, höchst wahrscheinlich durch ihre bekannte Fähigkeit Pol IV zu rekrutieren. Die Wichtigkeit von Pol II Transkription für die siRNA Vervielfachung ist vielleicht besonders offensichtlich, wenn der ursprüngliche Auslöser, der in unseren Experimenten aus in trans wirkenden sekundären siRNAs bestand, in geringem Überschuss vorhanden ist.
Kapitel II: DNA Methylierung ist eine epigenetische Modifikation, die in der Stilllegung von Transposons beteiligt ist, um die Integrität des Genoms zu erhalten. In Pflanzen werden Transposons durch CG, CHG, CHH Methylierung modifiziert, verursacht durch kleine interferierende RNA-dirigierter DNA Methylierung (RdDM). Im Gegensatz dazu haben ein Drittel der Protein-kodierenden Gene CG Methylierung, die siRNA unabhängig ist, in ihrer für Aminosäuren kodierenden Sequenz (Gen-Körper). Die Funktion dieser Gen-Körper Methylierung bleibt unbekannt. Hier berichten wir über atypische, für Transposon ähnliche DNA Methylierung im Gen Körper von einigen Genen die reich an Cystein sind (CRPs-Cystein reiche Peptide). Wenigstens ein Teil dieser Methylierung wird von RdDM verursacht. Die Transposon-ähnliche Gen Körper Methylierung ist wahrscheinlich mit der Stilllegung der CRP Gene in sporophytischen Geweben verbunden, da die Methylierung in Synergid Zellen, in denen die CRP Gene spezifisch exprimiert werden, verloren geht. Das Transposon-ähnliche Methylierungs-Muster einiger CRP Gene könnte auf einen Retrogen Ursprung hinweisen.
Abstract (eng)
RNA-directed DNA Methylation (RdDM) is an epigenetic process first elucidated in plants, whereby double-strands RNAs (dsRNAs) are processed into 24 nt siRNAs to direct de novo DNA methylation of both symmetric and asymmetric cytosines in all sequence contexts at the homologous DNA region.
Chapter I: In the RNA-directed DNA methylation (RdDM) pathway, small RNAs (siRNAs) guide cytosine methylation at the matching region of the genome. At some loci, spreading of methylation beyond the originally modified region can occur through the production of so-called secondary siRNAs, which rely on Pol IV and RDR2 for their biogenesis. Here we show that Pol IV/RDR2-dependent secondary siRNAs can not only induce methylation in cis at the site where they are generated but also in trans at unlinked homologous target sites, provided these sequences are transcribed by Pol II to produce a ‘nascent’ RNA. Pol II transcription appears to support amplification of siRNAs at the target site, which presumably increases siRNAs to levels that are sufficient to induce RdDM. Non-transcribed target sites that remain unmethylated in the presence of trans-acting secondary siRNAs can nevertheless become methylated by abundant hairpin-derived siRNAs that are independent of Pol IV and RDR2. Thus, transcription of a target locus by Pol II does not seem to be required for siRNA-guided DNA methylation but rather for amplification of siRNAs, most likely through the known ability of Pol II to recruit Pol IV. The importance of Pol II transcription for siRNA amplification may be particularly apparent when the initial trigger, which in our experiments consisted of trans-acting secondary siRNAs, is present at low abundance.
Chapter II: DNA methylation is an epigenetic modification involved in transposon silencing to maintain genome integrity. In plants, transposons are modified by CG, CHG, CHH methylation which results from small interfering RNAs directed DNA methylation (RdDM). By contrast, about one third of protein-coding genes contain CG methylation, which is siRNA-independent, in their gene body. The function of this gene body methylation remains unknown. Here we demonstrate atypical, transposon like DNA methylation in the gene body region of several genes encoding cysteine rich peptides (CRPs). At least part of this DNA methylation is due to RdDM. The transposon-like gene body methylation is likely associated with silencing of CRP genes in sporophytic tissues, because methylation is lost in synergid cells where CRP genes are specifically expressed. The transposon-like methylation pattern of some CRP genes may reflect a retrogene origin.
Keywords (eng)
RNA directed DNA methylation (RdDM)secondary siRNAsact in transcysteine rich peptides (CRP)
Keywords (deu)
RNA-dirigierte DNS Methylierung (RdDM)sekundäre siRNAsin transCRPs-Cystein reiche Peptide
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1297759
rdau:P60550 (deu)
VII, 89 S. : Ill., graph. Darst.
Number of pages
97
Association (deu)
Title (eng)
RNA-directed DNA Methylation in Arabidopsis
do secondary siRNAs act in trans ; atypical DNA methylation in genes encoding cysteine-rich peptides
Author
Wanhui You
Abstract (deu)
RNA-dirigierte DNS Methylierung (RdDM) ist ein epigenetischer Prozess, der zuerst in Pflanzen aufgeklärt wurde, wobei doppelstängige RNA (dsRNA) in 24 nt siRNAs verarbeitet werden, um de novo Methylierung von sowohl symmetrischen als auch asymmetrischen Cytosinen, umgeben von jedweder Sequenz, an der homologen DNA Region zu bewirken.
Kapitel I: Im RNA-dirigierenden DNA Methylierungs (RdDM) Pfad führen kleine RNA Moleküle, die sogenannten siRNAs, Cytosin Methylierung an die passenden Stellen im Genom. An einigen Stellen kann durch die Produktion der sogenannten sekundären siRNAs, die für Ihre Biogenese auf Pol IV and RDR2 angewiesen sind, die Ausbreitung der Methylierung über den ursprünglich modifizierten Bereich hinaus erfolgen. Hier zeigen wir, dass sekundäre siRNAs nicht nur in cis an der Stelle wo sie hergestellt werden Methylierung bewirken können, sondern auch in trans an ungekoppelten homologen Zielstellen, sofern diese Sequenzen durch Pol II transkribiert werden um eine “nascent“ RNA zu erzeugen. Pol II Transkription scheint die Amplifikation von den siRNAs an der Zielstelle zu unterstützen, vermutlich durch Erhöhung der siRNAs auf Niveaus, die ausreichend sind um RdDM zu induzieren. Nicht-transkribierte Zielstellen, die in der Anwesenheit von in trans wirkenden sekundären siRNAs unmethyliert verbleiben, können trotzdem von reichlichen Mengen von Haarnadel-abgeleiteten siRNAs, die unabhängig von Pol IV und RDR2 sind, methyliert werden. So scheint es, dass die Transkription einer Zielstelle durch Pol II für die siRNA abhängige DNA Methylierung nicht erforderlich ist, sondern eher für die Vervielfachung der siRNAs, höchst wahrscheinlich durch ihre bekannte Fähigkeit Pol IV zu rekrutieren. Die Wichtigkeit von Pol II Transkription für die siRNA Vervielfachung ist vielleicht besonders offensichtlich, wenn der ursprüngliche Auslöser, der in unseren Experimenten aus in trans wirkenden sekundären siRNAs bestand, in geringem Überschuss vorhanden ist.
Kapitel II: DNA Methylierung ist eine epigenetische Modifikation, die in der Stilllegung von Transposons beteiligt ist, um die Integrität des Genoms zu erhalten. In Pflanzen werden Transposons durch CG, CHG, CHH Methylierung modifiziert, verursacht durch kleine interferierende RNA-dirigierter DNA Methylierung (RdDM). Im Gegensatz dazu haben ein Drittel der Protein-kodierenden Gene CG Methylierung, die siRNA unabhängig ist, in ihrer für Aminosäuren kodierenden Sequenz (Gen-Körper). Die Funktion dieser Gen-Körper Methylierung bleibt unbekannt. Hier berichten wir über atypische, für Transposon ähnliche DNA Methylierung im Gen Körper von einigen Genen die reich an Cystein sind (CRPs-Cystein reiche Peptide). Wenigstens ein Teil dieser Methylierung wird von RdDM verursacht. Die Transposon-ähnliche Gen Körper Methylierung ist wahrscheinlich mit der Stilllegung der CRP Gene in sporophytischen Geweben verbunden, da die Methylierung in Synergid Zellen, in denen die CRP Gene spezifisch exprimiert werden, verloren geht. Das Transposon-ähnliche Methylierungs-Muster einiger CRP Gene könnte auf einen Retrogen Ursprung hinweisen.
Abstract (eng)
RNA-directed DNA Methylation (RdDM) is an epigenetic process first elucidated in plants, whereby double-strands RNAs (dsRNAs) are processed into 24 nt siRNAs to direct de novo DNA methylation of both symmetric and asymmetric cytosines in all sequence contexts at the homologous DNA region.
Chapter I: In the RNA-directed DNA methylation (RdDM) pathway, small RNAs (siRNAs) guide cytosine methylation at the matching region of the genome. At some loci, spreading of methylation beyond the originally modified region can occur through the production of so-called secondary siRNAs, which rely on Pol IV and RDR2 for their biogenesis. Here we show that Pol IV/RDR2-dependent secondary siRNAs can not only induce methylation in cis at the site where they are generated but also in trans at unlinked homologous target sites, provided these sequences are transcribed by Pol II to produce a ‘nascent’ RNA. Pol II transcription appears to support amplification of siRNAs at the target site, which presumably increases siRNAs to levels that are sufficient to induce RdDM. Non-transcribed target sites that remain unmethylated in the presence of trans-acting secondary siRNAs can nevertheless become methylated by abundant hairpin-derived siRNAs that are independent of Pol IV and RDR2. Thus, transcription of a target locus by Pol II does not seem to be required for siRNA-guided DNA methylation but rather for amplification of siRNAs, most likely through the known ability of Pol II to recruit Pol IV. The importance of Pol II transcription for siRNA amplification may be particularly apparent when the initial trigger, which in our experiments consisted of trans-acting secondary siRNAs, is present at low abundance.
Chapter II: DNA methylation is an epigenetic modification involved in transposon silencing to maintain genome integrity. In plants, transposons are modified by CG, CHG, CHH methylation which results from small interfering RNAs directed DNA methylation (RdDM). By contrast, about one third of protein-coding genes contain CG methylation, which is siRNA-independent, in their gene body. The function of this gene body methylation remains unknown. Here we demonstrate atypical, transposon like DNA methylation in the gene body region of several genes encoding cysteine rich peptides (CRPs). At least part of this DNA methylation is due to RdDM. The transposon-like gene body methylation is likely associated with silencing of CRP genes in sporophytic tissues, because methylation is lost in synergid cells where CRP genes are specifically expressed. The transposon-like methylation pattern of some CRP genes may reflect a retrogene origin.
Keywords (eng)
RNA directed DNA methylation (RdDM)secondary siRNAsact in transcysteine rich peptides (CRP)
Keywords (deu)
RNA-dirigierte DNS Methylierung (RdDM)sekundäre siRNAsin transCRPs-Cystein reiche Peptide
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1297760
Number of pages
97
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