Title (eng)
Development and evolution of Drosophila chromatin landscape in a 3D genome context
Author
Mujahid Ali
Advisor
Qi Zhou
Assessor
Susana Coelho
Amanda Larracuente
Abstract (deu)
Die globale Chromatinkonformation und der lokale Chromatinzustand sind Schlüsselkomponenten der Genregulation, aber es ist wenig über ihre Veränderungen während der Entwicklung und Evolution bekannt. Hier verwenden wir Drosophila pseudoobscura (D.pseudoobscura) als Modell, dessen angestammtes Y-Chromosom zu einem Autosom geworden ist, nachdem es mit dem Punktchromosom (Y-to-dot) fusioniert wurde, und das heutige Y-Chromosom wurde vom homologen Chromosom chr3L von Drosophila melanogaster (D.melanogaster) vor etwa 25 Millionen Jahren abgeleitet. Wir sammelten elf Histonmodifikationen ChIP-seq-Daten aus vier Embryonalstadien und adulten Geweben sowie geschlechtsspezifische Hi-C-Datensätze aus vier Entwicklungsstadien und adulten Geweben von D.pseudoobscura. Wir analysieren die genomweite Chromatinlandschaft und zeigen unterschiedliche Chromatinzustände in ihrer genomischen Abdeckung und den damit verbundenen Genen während der Entwicklung. Darüber hinaus beobachteten wir erhebliche Übergänge innerhalb und zwischen den Chromatinzuständen, die mit der Aktivierung und Unterdrückung von regulatorischen Elementen verbunden sind. Dieses Umschaltmuster steht im Einklang mit stadien- oder zelltypspezifischer Genexpression und Funktion. Darüber hinaus deutet dieses dynamische Wechselmuster der Chromatinsignatur darauf hin, dass eine ausgeprägte Chromatinsignatur (z. B. Enhancer) gewebe- oder stadienspezifische Bildung von Chromatinschleifen oder topologisch assoziierten Domänengrenzen (TABs) sowie eine spezifische Aktivierung der Genexpression vorliegt. Wir zeigen auch, dass evolutionär ältere TEs stärker exprimiert werden und mit Enhancern und TAD-Grenzen assoziiert sind, und unterstützen die Idee ihres Beitrags zur Evolution von cis-regulatorischen Elementen und ihrer Beteiligung an der räumlichen Chromatinfaltung. Zusammenfassend bietet diese Arbeit einen Atlas der Chromatinlandschaften, cis-regulatorischen Elemente und transponierbaren Elemente in der Entwicklung von D. pseudoobscura und ihrer Rolle bei der Gestaltung der 3D-Chromatinorganisation.
Abstract (eng)
Global chromatin conformation and local chromatin state are key components of gene regulation, but little is known about their changes during development and evolution. Here, we use Drosophila pseudoobscura (D.pseudoobscura) as a model, whose ancestral Y chromosome has become an autosome after being fused to the dot chromosome (Y-to-dot), and the extant Y chromosome was derived from the homologous chromosome of chr3L of Drosophila melanogaster (D.melanogaster) about 25 million years ago. We collected eleven histone modifications ChIP-seq data from four embryonic stages and adult tissues and sexed Hi-C data sets from four developmental stages and adult tissues of D.pseudoobscura. We analyze the genome-wide chromatin landscape and demonstrate distinct chromatin states in their genomic coverage and associated genes during development. In addition, we observed substantial transitions within and between the chromatin state associated with the activation and repression of regulatory elements. This switching pattern is consistent with gene expression and function specific to stage or cell types. Moreover, this dynamic switching pattern of chromatin signature suggests that distinctive chromatin signature (e.g., enhancers) tissue- or stage-specific formation of chromatin loops or topologically associated domain borders (TABs), as well as specific activation of gene expression. We also show that evolutionary older TEs are more expressed and associated with enhancers and TAD borders and support the idea of their contribution to the evolution of cis-regulatory elements and participation in spatial chromatin folding. In summary, this thesis provides an atlas of chromatin landscapes, cis-regulatory elements, and transposable elements across the D. pseudoobscura development and their role in shaping 3D chromatin organization.
Keywords (deu)
Drosophila pseudoobscuraChromatinzustandtransponierbare ElementeVerstärkerSchleifenTADs3D-Genomorganisation
Keywords (eng)
Drosophila pseudoobscuraChromatin statetransposable elementsenhancersloopsTADs3D genome organization
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1618357
rdau:P60550 (deu)
108 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
108
Association (deu)
Title (eng)
Development and evolution of Drosophila chromatin landscape in a 3D genome context
Author
Mujahid Ali
Abstract (deu)
Die globale Chromatinkonformation und der lokale Chromatinzustand sind Schlüsselkomponenten der Genregulation, aber es ist wenig über ihre Veränderungen während der Entwicklung und Evolution bekannt. Hier verwenden wir Drosophila pseudoobscura (D.pseudoobscura) als Modell, dessen angestammtes Y-Chromosom zu einem Autosom geworden ist, nachdem es mit dem Punktchromosom (Y-to-dot) fusioniert wurde, und das heutige Y-Chromosom wurde vom homologen Chromosom chr3L von Drosophila melanogaster (D.melanogaster) vor etwa 25 Millionen Jahren abgeleitet. Wir sammelten elf Histonmodifikationen ChIP-seq-Daten aus vier Embryonalstadien und adulten Geweben sowie geschlechtsspezifische Hi-C-Datensätze aus vier Entwicklungsstadien und adulten Geweben von D.pseudoobscura. Wir analysieren die genomweite Chromatinlandschaft und zeigen unterschiedliche Chromatinzustände in ihrer genomischen Abdeckung und den damit verbundenen Genen während der Entwicklung. Darüber hinaus beobachteten wir erhebliche Übergänge innerhalb und zwischen den Chromatinzuständen, die mit der Aktivierung und Unterdrückung von regulatorischen Elementen verbunden sind. Dieses Umschaltmuster steht im Einklang mit stadien- oder zelltypspezifischer Genexpression und Funktion. Darüber hinaus deutet dieses dynamische Wechselmuster der Chromatinsignatur darauf hin, dass eine ausgeprägte Chromatinsignatur (z. B. Enhancer) gewebe- oder stadienspezifische Bildung von Chromatinschleifen oder topologisch assoziierten Domänengrenzen (TABs) sowie eine spezifische Aktivierung der Genexpression vorliegt. Wir zeigen auch, dass evolutionär ältere TEs stärker exprimiert werden und mit Enhancern und TAD-Grenzen assoziiert sind, und unterstützen die Idee ihres Beitrags zur Evolution von cis-regulatorischen Elementen und ihrer Beteiligung an der räumlichen Chromatinfaltung. Zusammenfassend bietet diese Arbeit einen Atlas der Chromatinlandschaften, cis-regulatorischen Elemente und transponierbaren Elemente in der Entwicklung von D. pseudoobscura und ihrer Rolle bei der Gestaltung der 3D-Chromatinorganisation.
Abstract (eng)
Global chromatin conformation and local chromatin state are key components of gene regulation, but little is known about their changes during development and evolution. Here, we use Drosophila pseudoobscura (D.pseudoobscura) as a model, whose ancestral Y chromosome has become an autosome after being fused to the dot chromosome (Y-to-dot), and the extant Y chromosome was derived from the homologous chromosome of chr3L of Drosophila melanogaster (D.melanogaster) about 25 million years ago. We collected eleven histone modifications ChIP-seq data from four embryonic stages and adult tissues and sexed Hi-C data sets from four developmental stages and adult tissues of D.pseudoobscura. We analyze the genome-wide chromatin landscape and demonstrate distinct chromatin states in their genomic coverage and associated genes during development. In addition, we observed substantial transitions within and between the chromatin state associated with the activation and repression of regulatory elements. This switching pattern is consistent with gene expression and function specific to stage or cell types. Moreover, this dynamic switching pattern of chromatin signature suggests that distinctive chromatin signature (e.g., enhancers) tissue- or stage-specific formation of chromatin loops or topologically associated domain borders (TABs), as well as specific activation of gene expression. We also show that evolutionary older TEs are more expressed and associated with enhancers and TAD borders and support the idea of their contribution to the evolution of cis-regulatory elements and participation in spatial chromatin folding. In summary, this thesis provides an atlas of chromatin landscapes, cis-regulatory elements, and transposable elements across the D. pseudoobscura development and their role in shaping 3D chromatin organization.
Keywords (deu)
Drosophila pseudoobscuraChromatinzustandtransponierbare ElementeVerstärkerSchleifenTADs3D-Genomorganisation
Keywords (eng)
Drosophila pseudoobscuraChromatin statetransposable elementsenhancersloopsTADs3D genome organization
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1625729
Number of pages
108
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