Genomic and epigenomic determinants of heat stress-induced transcriptional memory in Arabidopsis

生物 表观基因组 转录组 表观遗传学 染色质 拟南芥 遗传学 基因 表观遗传学 热冲击系数 热冲击 转录因子 转录调控 计算生物学 热休克蛋白 基因表达 DNA甲基化 热休克蛋白70 突变体
作者
Christian Kappel,Thomas Friedrich,Vicky Oberkofler,Li Jiang,Tim Crawford,Michael Lenhard,Isabel Bäurle
出处
期刊:Genome Biology [BioMed Central]
卷期号:24 (1) 被引量:9
标识
DOI:10.1186/s13059-023-02970-5
摘要

Abstract Background Transcriptional regulation is a key aspect of environmental stress responses. Heat stress induces transcriptional memory, i.e., sustained induction or enhanced re-induction of transcription, that allows plants to respond more efficiently to a recurrent HS. In light of more frequent temperature extremes due to climate change, improving heat tolerance in crop plants is an important breeding goal. However, not all heat stress-inducible genes show transcriptional memory, and it is unclear what distinguishes memory from non-memory genes. To address this issue and understand the genome and epigenome architecture of transcriptional memory after heat stress, we identify the global target genes of two key memory heat shock transcription factors, HSFA2 and HSFA3, using time course ChIP-seq. Results HSFA2 and HSFA3 show near identical binding patterns. In vitro and in vivo binding strength is highly correlated, indicating the importance of DNA sequence elements. In particular, genes with transcriptional memory are strongly enriched for a tripartite heat shock element, and are hallmarked by several features: low expression levels in the absence of heat stress, accessible chromatin environment, and heat stress-induced enrichment of H3K4 trimethylation. These results are confirmed by an orthogonal transcriptomic data set using both de novo clustering and an established definition of memory genes. Conclusions Our findings provide an integrated view of HSF-dependent transcriptional memory and shed light on its sequence and chromatin determinants, enabling the prediction and engineering of genes with transcriptional memory behavior.
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