Highly interwoven communities of a gene regulatory network unveil topologically important genes for maize seed development

生物 基因调控网络 基因 转录组 计算生物学 遗传学 转录因子 RNA序列 基因表达调控 基因表达 破译 表型
作者
Wenwei Xiong,Chunlei Wang,Xiangbo Zhang,Qinghua Yang,Ruixin Shao,Jinsheng Lai,Chunguang Du
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
卷期号:92 (6): 1143-1156 被引量:23
标识
DOI:10.1111/tpj.13750
摘要

The complex interactions between transcription factors (TFs) and their target genes in a spatially and temporally specific manner are crucial to all cellular processes. Reconstruction of gene regulatory networks (GRNs) from gene expression profiles can help to decipher TF-gene regulations in a variety of contexts; however, the inevitable prediction errors of GRNs hinder optimal data mining of RNA-Seq transcriptome profiles. Here we perform an integrative study of Zea mays (maize) seed development in order to identify key genes in a complex developmental process. First, we reverse engineered a GRN from 78 maize seed transcriptome profiles. Then, we studied collective gene interaction patterns and uncovered highly interwoven network communities as the building blocks of the GRN. One community, composed of mostly unknown genes interacting with opaque2, brittle endosperm1 and shrunken2, contributes to seed phenotypes. Another community, composed mostly of genes expressed in the basal endosperm transfer layer, is responsible for nutrient transport. We further integrated our inferred GRN with gene expression patterns in different seed compartments and at various developmental stages and pathways. The integration facilitated a biological interpretation of the GRN. Our yeast one-hybrid assays verified six out of eight TF-promoter bindings in the reconstructed GRN. This study identified topologically important genes in interwoven network communities that may be crucial to maize seed development.

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