Publicaciones Joe Ecker - Instituto Salk de Estudios Biológicos

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Cao, M., Platre, MP, Tsai, H.H., Zhang, L., Nobori, T., Armengot, L., Chen, Y., He, W., Brent, L., Coll, N.S., Ecker, J.R., Geldner, N., Busch, W. La regulación espacial de IMA1 restringe la adquisición de hierro radicular en la percepción de MAMP. (2024) Naturaleza. DOI: 10.1038 / s41586-023-06891-y

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Zhou, J., Luo, C., Liu, H., Heffel, MG, Straub, RE, Kleinman, JE, Hyde, TM, Ecker, J.R., Weinberger, DR, Han, S. scMeFormer: un modelo de aprendizaje profundo basado en transformadores para imputar estados de metilación del ADN en células individuales mejora la detección de alteraciones epigenéticas en la esquizofrenia. (2024) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.01.25.577200

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Zhou, J., Zhang, Z., Wu, M., Liu, H., Pang, Y., Bartlett, A., Peng, Z., Ding, W., Rivkin, A., Lagos, WN, Williams , E., Lee, CT, Miyazaki, PA, Aldridge, A., Zeng, Q., Salinda, JLA, Claffey, N., Liem, M., Fitzpatrick, C., Boggeman, L., Yao, Z. , Smith, KA, Tasic, B., Altshul, J., Kenworthy, MA, Valadon, C., Nery, JR, Castanon, RG, Patne, NS, Vu, M., Rashid, M., Jacobs, M. , Ito, T., Osteen, J., Emerson, N., Lee, J., Cho, S., Rink, J., Huang, HH, Pinto-Duartec, A., Domínguez, B., Smith, JB , O'Connor, C., Zeng, H., Chen, S., Lee, KF, Mukamel, EA, Jin, X., Margarita Behrens, M., Ecker, J.R., Callaway, Estados Unidos Correspondencia en todo el cerebro de la epigenómica neuronal y las proyecciones distantes. (2023) Naturaleza. 624(7991):355-365. DOI: 10.1038/s41586-023-06823-w

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Zemke, NR, Armand, EJ, Wang, W., Lee, S., Zhou, J., Li, YE, Liu, H., Tian, W., Nery, JR, Castanon, RG, Bartlett, A., Osteen, JK, Li, D., Zhuo, X., Xu, V., Chang, L., Dong, K., Indralingam, HS, Rink, JA, Xie, Y., Miller, M., Krienen, FM , Zhang, Q., Taskin, N., Ting, J., Feng, G., McCarroll, SA, Callaway, EM, Wang, T., Lein, ES, Behrens, MM, Ecker, J.R., Ren, B. Programas reguladores de genes conservados y divergentes de la neocorteza de los mamíferos. (2023) Naturaleza. 624(7991):390-402. DOI: 10.1038/s41586-023-06819-6

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Zu, S., Li, YE, Wang, K., Armand, EJ, Mamde, S., Amaral, ML, Wang, Y., Chu, A., Xie, Y., Miller, M., Xu, J ., Wang, Z., Zhang, K., Jia, B., Hou, X., Lin, L., Yang, Q., Lee, S., Li, B., Kuan, S., Liu, H ., Zhou, J., Pinto-Duarte, A., Lucero, J., Osteen, J., Nunn, M., Smith, KA, Tasic, B., Yao, Z., Zeng, H., Wang, Z., Shang, J., Behrens, MM, Ecker, J.R., Wang, A., Preissl, S., Ren, B. Análisis unicelular de la accesibilidad a la cromatina en el cerebro de un ratón adulto. (2023) Naturaleza. 624(7991):378-389. DOI: 10.1038/s41586-023-06824-9

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Liu, H., Zeng, Q., Zhou, J., Bartlett, A., Wang, BA, Berube, P., Tian, W., Kenworthy, M., Altshul, J., Nery, JR, Chen, H., Castanon, RG, Zu, S., Li, YE, Lucero, J., Osteen, JK, Pinto-Duarte, A., Lee, J., Rink, J., Cho, S., Emerson, N ., Nunn, M., O'Connor, C., Wu, Z., Stoica, I., Yao, Z., Smith, KA, Tasic, B., Luo, C., Dixon, JR, Zeng, H ., Ren, B., Behrens, MM, Ecker, J.R. Metiloma de ADN unicelular y atlas multiómico 3D del cerebro de un ratón adulto. (2023) Naturaleza. 624(7991):366-377. DOI: 10.1038/s41586-023-06805-y

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La metilación del ADN de citosina es esencial en el desarrollo del cerebro y está implicada en diversos trastornos neurológicos. Comprender la diversidad de metilación del ADN en todo el cerebro en un contexto espacial es fundamental para un atlas molecular completo de los tipos de células cerebrales y sus paisajes reguladores de genes. Aquí utilizamos tecnologías de secuenciación de metiloma de un solo núcleo (snmC-seq3) y secuenciación multiómica (snm3C-seq) para generar 301,626 metilomas y 176,003 perfiles de articulación de conformación de cromatina-metiloma de 117 regiones disecadas en todo el cerebro de ratón adulto. Utilizando agrupación iterativa e integración con conjuntos de datos de accesibilidad de cromatina y transcriptoma de todo el cerebro complementarios, construimos una taxonomía celular basada en la metilación con 4,673 grupos celulares y 274 subclases anotadas en modalidad cruzada. Identificamos 2.6 millones de regiones metiladas diferencialmente en todo el genoma que representan elementos potenciales de regulación genética. En particular, observamos patrones espaciales de metilación de citosina tanto en genes como en elementos reguladores en tipos de células dentro y entre regiones del cerebro. Los datos de transcriptómica espacial de todo el cerebro validaron la asociación de la diversidad epigenética espacial con la transcripción y mejoraron el mapeo anatómico de nuestros conjuntos de datos epigenéticos. Además, se produjeron diversidades de conformación de la cromatina en importantes genes neuronales y estuvieron altamente asociadas con la metilación del ADN y los cambios de transcripción. Las comparaciones de tipos de células en todo el cerebro permitieron la construcción de redes reguladoras que incorporan factores de transcripción, elementos reguladores y sus posibles objetivos genéticos posteriores. Finalmente, los patrones de conformación de la cromatina y la metilación del ADN intragénico predijeron la expresión de isoformas genéticas alternativas observadas en un conjunto de datos SMART-seq de todo el cerebro. Nuestro estudio establece un metiloma de ADN unicelular de todo el cerebro y un atlas multiómico 3D y proporciona un recurso valioso para comprender la diversidad del genoma regulatorio y celular espacial del cerebro del ratón.

Mukamel, EA, Liu, H., Behrens, MM, Ecker, J.R. Enriquecimiento específico del tipo de célula de la aneuploidía somática en el cerebro de los mamíferos. (2023) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2023.12.18.572285

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Raikhel, N., Ecker, J.R., Coruzzi, G. Recordando a Philip N. Benfey: un pionero visionario en biología vegetal y mentor extraordinario. (2023) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 120(45):e2317677120. DOI: 10.1073/pnas.2317677120

Tian, W., Zhou, J., Bartlett, A., Zeng, Q., Liu, H., Castanon, RG, Kenworthy, M., Altshul, J., Valadon, C., Aldridge, A., Nery , JR, Chen, H., Xu, J., Johnson, ND, Lucero, J., Osteen, JK, Emerson, N., Rink, J., Lee, J., Li, YE, Siletti, K., Liem, M., Claffey, N., O'Connor, C., Yanny, AM, Nyhus, J., Dee, N., Casper, T., Shapovalova, N., Hirschstein, D., Ding, SL, Hodge, R., Levi, BP, Keene, CD, Linnarsson, S., Lein, E., Ren, B., Behrens, MM, Ecker, J.R. Metilación del ADN unicelular y arquitectura del genoma 3D en el cerebro humano. Enlace al texto completo gratuito https://doi.org/10.1126/science.adf5357 [Publicado] (2023) Ciencia. 382(6667):eadf5357. DOI: 10.1126/ciencia.adf5357

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Li, YE, Preissl, S., Miller, M., Johnson, ND, Wang, Z., Jiao, H., Zhu, C., Wang, Z., Xie, Y., Poirion, O., Kern, C., Pinto-Duarte, A., Tian, W., Siletti, K., Emerson, N., Osteen, J., Lucero, J., Lin, L., Yang, Q., Zhu, Q., Zemke, N., Espinoza, S., Yanny, AM, Nyhus, J., Dee, N., Casper, T., Shapovalova, N., Hirschstein, D., Hodge, RD, Linnarsson, S., Bakken, T., Levi, B., Keene, CD, Shang, J., Lein, E., Wang, A., Behrens, MM, Ecker, J.R., Ren, B. Un atlas comparativo de la accesibilidad a la cromatina unicelular en el cerebro humano. (2023) Ciencia. 382(6667):eadf7044. DOI: 10.1126/ciencia.adf7044

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Tian, W., Ding, W., Ecker, J.R. BAllC y BAllCools: formato y funcionamiento eficientes para datos de metilación de ADN unicelular. (2023) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2023.09.22.559047

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Xie, F., Armand, EJ, Yao, Z., Liu, H., Bartlett, A., Behrens, MM, Li, YE, Lucero, JD, Luo, C., Nery, JR, Pinto-Duarte, A ., Poirion, OB, Preissl, S., Rivkin, AC, Tasic, B., Zeng, H., Ren, B., Ecker, J.R., Mukamel, EA Robusta regulación de genes potenciadores identificada por transcriptomas y epigenomas unicelulares. (2023) Genoma celular. 3(7):100342. DOI: 10.1016/j.xgen.2023.100342

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Nobori, T., Ecker, J.R. ¿Todavía no infectado? Resolución de estados celulares de plantas bajo ataque de patógenos. (2023) Métodos de representación celular. 3(7):100538. DOI: 10.1016/j.crmeth.2023.100538

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Nobori, T., Oliva, M., Lister, R., Ecker, J.R. Análisis de expresión génica espacial 3D de una sola célula multiplexada en tejido vegetal utilizando PHYTOMap. (2023) Plantas de la naturaleza. DOI: 10.1038/s41477-023-01439-4

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Hawrylycz, M., Martone, ME, Ascoli, GA, Bjaalie, JG, Dong, HW, Ghosh, SS, Gillis, J., Hertzano, R., Haynor, DR, Hof, PR, Kim, Y., Lein, E., Liu, Y., Miller, JA, Mitra, PP, Mukamel, E., Ng, L., Osumi-Sutherland, D., Peng, H., Ray, PL, Sanchez, R., Regev, A ., Ropelewski, A., Scheuermann, RH, Tan, SZK, Thompson, CL, Tickle, T., Tilgner, H., Varghese, M., Wester, B., White, O., Zeng, H., Aevermann , B., Allemang, D., Ament, S., Athey, TL, Baker, C., Baker, KS, Baker, PM, Bandrowski, A., Banerjee, S., Bishwakarma, P., Carr, A. , Chen, M., Choudhury, R., Cool, J., Creasy, H., D'Orazi, F., Degatano, K., Dichter, B., Ding, SL, Dolbeare, T., Ecker, J.R., Fang, R., Fillion-Robin, JC, Fliss, TP, Gee, J., Gillespie, T., Gouwens, N., Zhang, GQ, Halchenko, YO, Harris, NL, Herb, BR, Hintiryan, H ., Hood, G., Horvath, S., Huo, B., Jarecka, D., Jiang, S., Khajouei, F., Kiernan, EA, Kir, H., Kruse, L., Lee, C. , Lelieveldt, B., Li, Y., Liu, H., Liu, L., Markuhar, A., Mathews, J., Mathews, KL, Mezias, C., Miller, MI, Mollenkopf, T., Mufti , S., Mungall, CJ, Orvis, J., Puchades, MA, Qu, L., Receveur, JP, Ren, B., Sjoquist, N., Staats, B., Tward, D., van Velthoven, CTJ , Wang, Q., Xie, F., Xu, H., Yao, Z., Yun, Z., Zhang, YR, Zheng, WJ, Zingg, B. Una guía para el ecosistema de datos de la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN. (2023) PLOS Biología. 21(6):e3002133. DOI: 10.1371/journal.pbio.3002133

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Wang, W., Hariharan, M., Bartlett, A., Barragán, C., Castanon, R., Rothenberg, V., Song, H., Nery, J., Aldridge, A., Altshul, J., Kenworthy, M., Ding, W., Liu, H., Tian, W., Zhou, J., Chen, H., Wei, B., Gündüz, IB, Norell, T., Broderick, TJ, McClain, MT, Satterwhite, LL, Burke, TW, Petzold, EA, Shen, X., Woods, CW, Fowler, VG, Ruffin, F., Panuwet, P., Barr, DB, Beare, JL, Smith, AK, Spurbeck , RR, Vangeti, S., Ramos, I., Nudelman, G., Sealfon, SC, Castellino, F., Walley, AM, Evans, T., Müller, F., Greenleaf, WJ, Ecker, J.R. Firmas epigenómicas de células inmunitarias humanas en respuesta a enfermedades infecciosas y exposiciones químicas. (2023) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2023.06.29.546792

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Zemke, NR, Armand, EJ, Wang, W., Lee, S., Zhou, J., Li, YE, Liu, H., Tian, W., Nery, JR, Castanon, RG, Bartlett, A., Osteen, JK, Li, D., Zhuo, X., Xu, V., Miller, M., Krienen, FM, Zhang, Q., Taskin, N., Ting, J., Feng, G., McCarroll, SA, Callaway, EM, Wang, T., Behrens, MM, Lein, ES, Ecker, J.R., Ren, B. Análisis epigenómico comparativo de células individuales de los programas reguladores de genes en la neocorteza de roedores y primates. (2023) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2023.04.08.536119

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Liu, H., Zeng, Q., Zhou, J., Bartlett, A., Wang, BA, Berube, P., Tian, W., Kenworthy, M., Altshul, J., Nery, JR, Chen, H., Castanon, RG, Zu, S., Li, YE, Lucero, J., Osteen, JK, Pinto-Duarte, A., Lee, J., Rink, J., Cho, S., Emerson, N ., Nunn, M., O'Connor, C., Yao, Z., Smith, KA, Tasic, B., Zeng, H., Luo, C., Dixon, JR, Ren, B., Behrens, MM , Ecker, J.R. Metiloma de ADN unicelular y Atlas multiómico 3D del cerebro de ratón adulto. (2023) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2023.04.16.536509

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La metilación del ADN de citosina es esencial en el desarrollo del cerebro y se ha implicado en varios trastornos neurológicos. Una comprensión integral de la diversidad de la metilación del ADN en todo el cerebro en el contexto de la organización espacial 3D del cerebro es esencial para construir un atlas molecular completo de los tipos de células cerebrales y comprender sus paisajes reguladores de genes. Con este fin, empleamos tecnologías de secuenciación optimizadas de metiloma de núcleo único (snmC-seq3) y multiómica (snm3C-seq) para generar 301,626 176,003 metilomas y 117 4,673 perfiles de conformación de cromatina/articulación de metiloma de 261 regiones diseccionadas en todo el cerebro del ratón adulto. Utilizando el agrupamiento iterativo y la integración con conjuntos de datos complementarios de accesibilidad de cromatina y transcriptoma de cerebro completo, construimos una taxonomía de tipo de célula basada en metilación que contiene 3 grupos de células y XNUMX subclases anotadas de modalidad cruzada. Identificamos millones de regiones diferencialmente metiladas (DMR) en todo el genoma, que representan elementos potenciales de regulación de genes. En particular, observamos patrones de metilación de citosina espacial tanto en genes como en elementos reguladores en tipos de células dentro y entre regiones del cerebro. Los datos de hibridación in situ con fluorescencia resistente a errores multiplexados en todo el cerebro (MERFISH) validaron la asociación de esta diversidad epigenética espacial con la transcripción y permitieron el mapeo de la información de topología y metilación del ADN en estructuras anatómicas con mayor precisión que nuestras disecciones. Además, se producen diversidades en la conformación de la cromatina a múltiples escalas en importantes genes neuronales, muy asociadas con la metilación del ADN y los cambios en la transcripción. La comparación de tipos de células en todo el cerebro nos permitió construir un modelo regulador para cada gen, vinculando factores de transcripción, DMR, contactos de cromatina y genes aguas abajo para establecer redes reguladoras. Finalmente, la metilación del ADN intragénico y los patrones de conformación de la cromatina predijeron la expresión de isoformas genéticas alternativas observadas en un conjunto de datos SMART-seq de cerebro completo complementario. Nuestro estudio establece el primer metiloma de ADN de resolución unicelular de todo el cerebro y un atlas multiómico XNUMXD, lo que proporciona un recurso sin precedentes para comprender la diversidad del genoma regulador y celular-espacial del cerebro del ratón.

Yin, L., Zander, M., Huang, SC, Xie, M., Song, L., Saldierna Guzmán, JP, Hann, E., Shanbhag, BK, Ng, S., Jain, S., Janssen, BJ, Clark, NM, Walley, JW, Beddoe, T., Bar-Joseph, Z., Lewsey, MG, Ecker, J.R. Dinámica de los factores de transcripción en la regulación cruzada de las vías de señalización de hormonas vegetales. (2023) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2023.03.07.531630

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La regulación cruzada entre las vías de señalización hormonal es indispensable para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Sin embargo, es necesario comprender los mecanismos moleculares mediante los cuales múltiples hormonas interactúan y coordinan su actividad. Aquí, generamos una red de regulación cruzada que explica cómo las señales hormonales se integran desde múltiples vías en plántulas etioladas de Arabidopsis (). Para ello, caracterizamos exhaustivamente la actividad de los factores de transcripción durante las respuestas de las hormonas vegetales y reconstruimos modelos reguladores transcripcionales dinámicos para seis hormonas; ácido abscísico, brasinoesteroide, etileno, ácido jasmónico, ácido salicílico y estrigolactona/karrikin. Estos modelos incorporaron datos objetivo para cientos de factores de transcripción y miles de interacciones proteína-proteína. Cada hormona reclutó diferentes combinaciones de factores de transcripción, un subconjunto de los cuales se compartió entre las hormonas. Los genes diana centrales existían dentro de las redes transcripcionales hormonales y exhibían actividad de factor de transcripción ellos mismos. Además, se identificó un grupo de PROTEÍNAS QUINASAS ACTIVADAS POR MITÓGENOS (MPK) como posibles puntos clave de regulación cruzada entre múltiples hormonas. En consecuencia, la pérdida de función de uno de ellos (MPK6) alteró el proteoma, el fosfoproteoma y el transcriptoma globales durante las respuestas hormonales. Por último, determinamos que todas las hormonas impulsan un empalme alternativo sustancial que tiene efectos distintos en el transcriptoma en comparación con la expresión genética diferencial, actuando en las respuestas hormonales tempranas. Estos resultados proporcionan una comprensión integral de las características comunes de las vías reguladoras transcripcionales de las plantas y cómo la regulación cruzada entre hormonas actúa sobre la expresión genética.

Procko, C., Lee, T., Borsuk, A., Bargmann, BOR, Dabi, T., Nery, JR, Estelle, M., Baird, L., O'Connor, C., Brodersen, C., Ecker, J.R., Chori, J. El perfil transcripcional específico de células de hoja y de una sola célula revela un papel para la capa empalizada en la protección contra la luz UV. (2022) Célula vegetal. DOI: 10.1093/plcell/koac167

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Li, J., Pinto-Duarte, A., Zander, M., Cuoco, MS, Lai, CY, Osteen, J., Fang, L., Luo, C., Lucero, JD, Gomez-Castanon, R. , Nery, JR, Silva-García, I., Pang, Y., Sejnowski, TJ, Powell, SB, Ecker, J.R., Mukamel, EA, Behrens, MM La desactivación de Dnmt3a en las neuronas excitatorias afecta la maduración de la sinapsis posnatal y aumenta la modificación represiva de la histona H3K27me3. (2022) Elife. 11. DOI: 10.7554/eLife.66909

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Luo, C., Liu, H., Xie, F., Armand, EJ, Siletti, K., Bakken, TE, Fang, R., Doyle, WI, Stuart, T., Hodge, RD, Hu, L. , Wang, BA, Zhang, Z., Preissl, S., Lee, DS, Zhou, J., Niu, SY, Castanon, R., Bartlett, A., Rivkin, A., Wang, X., Lucero, J., Nery, JR, Davis, DA, Mash, DC, Satija, R., Dixon, JR, Linnarsson, S., Lein, E., Behrens, MM, Ren, B., Mukamel, EA, Ecker, J.R. La multiómica de un solo núcleo identifica la diversidad del genoma regulador de las células corticales humanas. (2022) Genoma celular. 2(3). DOI: 10.1016/j.xgen.2022.100107

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Swift, J., Greenham, K., Ecker, J.R., Coruzzi, GM, McClung, CR La biología del tiempo: respuestas dinámicas de tipos de células a señales de desarrollo, circadianas y ambientales. (2021) Diario de plantas. DOI: 10.1111/tpj.15589

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Liu, H., Zhou, J., Tian, W., Luo, C., Bartlett, A., Aldridge, A., Lucero, J., Osteen, JK, Nery, JR, Chen, H., Rivkin, A., Castanon, RG, Clock, B., Li, YE, Hou, X., Poirion, OB, Preissl, S., Pinto-Duarte, A., O'Connor, C., Boggeman, L., Fitzpatrick , C., Nunn, M., Mukamel, EA, Zhang, Z., Callaway, EM, Ren, B., Dixon, JR, Behrens, MM, Ecker, J.R. Atlas de metilación del ADN del cerebro del ratón con resolución unicelular. (2021) Naturaleza. 598(7879):120-128. DOI: 10.1038/s41586-020-03182-8

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Las células cerebrales de los mamíferos muestran una notable diversidad en la expresión génica, la anatomía y la función, pero el panorama regulador del ADN que subyace a esta amplia heterogeneidad es poco conocido. Aquí llevamos a cabo una evaluación exhaustiva de los epigenomas de los tipos de células cerebrales de ratón mediante la aplicación de la secuenciación de metilación del ADN de un solo núcleo para perfilar 103,982 95,815 núcleos (incluidas 8,167 45 neuronas y 161 células no neuronales) de XNUMX regiones de la corteza del ratón, el hipocampo, el estriado, Pallidum y áreas olfativas. Identificamos XNUMX grupos de células con distintas ubicaciones espaciales y objetivos de proyección. Construimos taxonomías de estos tipos epigenéticos, anotados con genes característicos, elementos reguladores y factores de transcripción. Estas características indican el panorama regulatorio potencial que respalda la asignación de tipos de células putativos y revelan el uso repetitivo de reguladores en células inhibidoras y excitatorias para determinar subtipos. El paisaje de metilación del ADN de las neuronas excitatorias en la corteza y el hipocampo varió continuamente a lo largo de gradientes espaciales. Usando este conjunto de datos profundo, construimos un modelo de red neuronal artificial que predice con precisión la identidad del tipo de célula de una sola neurona y la ubicación espacial del área del cerebro. La integración de metilomas de ADN de alta resolución con datos de accesibilidad de la cromatina de un solo núcleo permitió la predicción de interacciones potenciadoras-gen de alta confianza para todos los tipos de células identificados, que posteriormente se validaron mediante experimentos de captura de conformación de cromatina específicos del tipo de célula. Al combinar conjuntos de datos multiómicos (metilación del ADN, contactos de cromatina y cromatina abierta) de núcleos únicos y anotar el genoma regulador de cientos de tipos de células en el cerebro del ratón, nuestro atlas de metilación del ADN establece la base epigenética para la diversidad neuronal y la organización espacial en todo el mundo. el cerebro del ratón.

Zhang, Z., Zhou, J., Tan, P., Pang, Y., Rivkin, AC, Kirchgessner, MA, Williams, E., Lee, CT, Liu, H., Franklin, AD, Miyazaki, PA, Bartlett, A., Aldridge, AI, Vu, M., Boggeman, L., Fitzpatrick, C., Nery, JR, Castanon, RG, Rashid, M., Jacobs, MW, Ito-Cole, T., O' Connor, C., Pinto-Duartec, A., Domínguez, B., Smith, JB, Niu, SY, Lee, KF, Jin, X., Mukamel, EA, Behrens, MM, Ecker, J.R., Callaway, Estados Unidos Diversidad epigenómica de las neuronas de proyección cortical en el cerebro del ratón. (2021) Naturaleza. 598(7879):167-173. DOI: 10.1038/s41586-021-03223-w

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Los tipos de células neuronales se definen clásicamente por sus propiedades moleculares, anatomía y funciones. Aunque los avances recientes en la genómica unicelular han llevado a la caracterización molecular de alta resolución de la diversidad de tipos de células en el cerebro, los tipos de células neuronales a menudo se estudian fuera del contexto de sus propiedades anatómicas. Para mejorar nuestra comprensión de la relación entre las características moleculares y anatómicas que definen las neuronas corticales, aquí combinamos el etiquetado retrógrado con la secuenciación de metilación del ADN de un solo núcleo para vincular las propiedades epigenómicas neuronales con las proyecciones. Examinamos 11,827 neuronas neocorticales individuales de 63 proyecciones de larga distancia corticocorticales y corticosubcorticales. Nuestros resultados mostraron firmas epigenéticas únicas de neuronas de proyección que corresponden a sus patrones de proyección y ubicación laminar y regional. Sobre la base de sus epigenomas, las células intratelencefálicas que se proyectan a diferentes objetivos corticales podrían distinguirse aún más, y algunas neuronas de la capa 5 que se proyectan a objetivos extratelencefálicos (L5 ET) formaron grupos separados que se alinearon con sus proyecciones axonales. Tal separación varió entre las áreas corticales, lo que sugiere que existen diferencias específicas del área en los subtipos de L5 ET, que fueron validadas por estudios anatómicos. En particular, una población de neuronas de proyección corticocortical se agruparon con L5 ET en lugar de neuronas intratelencefálicas, lo que sugiere que una población de neuronas corticales L5 ET se proyecta a ambos objetivos. Verificamos la existencia de estas neuronas mediante marcaje retrógrado dual y rastreo anterógrado de neuronas de proyección corticocortical, que revelaron terminales de axón en objetivos extratelencefálicos, incluidos el tálamo, el colículo superior y la protuberancia. Estos hallazgos destacan el poder de los enfoques epigenómicos unicelulares para conectar las propiedades moleculares de las neuronas con sus propiedades anatómicas y de proyección.

Li, YE, Preissl, S., Hou, X., Zhang, Z., Zhang, K., Qiu, Y., Poirion, OB, Li, B., Chiou, J., Liu, H., Pinto- Duarte, A., Kubo, N., Yang, X., Fang, R., Wang, X., Han, JY, Lucero, J., Yan, Y., Miller, M., Kuan, S., Gorkin , D., Gaulton, KJ, Shen, Y., Nunn, M., Mukamel, EA, Behrens, MM, Ecker, J.R., Ren, B. Un atlas de elementos reguladores de genes en el cerebro de ratones adultos. (2021) Naturaleza. 598(7879):129-136. DOI: 10.1038/s41586-021-03604-1

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El cerebro de los mamíferos realiza funciones cognitivas, de control motor y de percepción sensorial de alto nivel a través de estructuras corticales y subcorticales altamente especializadas. Encuestas recientes de cerebros humanos y de ratones con transcriptómica unicelular y tecnologías de imágenes de alto rendimiento han descubierto cientos de tipos de células neuronales distribuidas en diferentes regiones del cerebro, pero los programas reguladores de la transcripción que son responsables de la identidad y función únicas de cada tipo de célula permanecen. desconocido. Aquí investigamos la cromatina accesible en más de 800,000 45 núcleos individuales de 491,818 regiones que abarcan la isocorteza, el bulbo olfativo, el hipocampo y los núcleos cerebrales de ratones adultos, y utilizamos los datos resultantes para mapear el estado de 160 XNUMX elementos de ADN reguladores cis candidatos en XNUMX elementos distintos. tipos de células Encontramos una alta especificidad de distribución espacial no solo para las neuronas excitatorias, sino también para la mayoría de las clases de neuronas inhibitorias y un subconjunto de tipos de células gliales. Caracterizamos las secuencias reguladoras de genes asociadas con la especificidad regional dentro de estos tipos de células. Además, vinculamos una fracción considerable de los elementos reguladores en cis con genes objetivo putativos expresados en diversos tipos de células cerebrales y predecimos reguladores transcripcionales que están involucrados en un amplio espectro de vías moleculares y celulares en diferentes poblaciones de células neuronales y gliales. Nuestros resultados proporcionan una base para el análisis integral de los programas reguladores de genes del cerebro de los mamíferos y ayudan en la interpretación de variantes de riesgo no codificantes asociadas con diversas enfermedades y rasgos neurológicos en humanos.

Yao, Z., Liu, H., Xie, F., Fischer, S., Adkins, RS, Aldridge, AI, Ament, SA, Bartlett, A., Behrens, MM, Van den Berge, K., Bertagnolli, D., de Bézieux, HR, Biancalani, T., Booeshaghi, AS, Bravo, HC, Casper, T., Colantuoni, C., Crabtree, J., Creasy, H., Crichton, K., Crow, M. , Dee, N., Dougherty, EL, Doyle, WI, Dudoit, S., Fang, R., Felix, V., Fong, O., Giglio, M., Goldy, J., Hawrylycz, M., Herb , BR, Hertzano, R., Hou, X., Hu, Q., Kancherla, J., Kroll, M., Lathia, K., Li, YE, Lucero, JD, Luo, C., Mahurkar, A. , McMillen, D., Nadaf, NM, Nery, JR, Nguyen, TN, Niu, SY, Ntranos, V., Orvis, J., Osteen, JK, Pham, T., Pinto-Duarte, A., Poirion, O., Preissl, S., Purdom, E., Rimorin, C., Risso, D., Rivkin, AC, Smith, K., Street, K., Sulc, J., Svensson, V., Tieu, M ., Torkelson, A., Tung, H., Vaishnav, ED, Vanderburg, CR, van Velthoven, C., Wang, X., White, OR, Huang, ZJ, Kharchenko, PV, Pachter, L., Ngai, J., Regev, A., Tasic, B., Welch, JD, Gillis, J., Macosko, EZ, Ren, B., Ecker, J.R., Zeng, H., Mukamel, EA Un atlas de células transcriptómicas y epigenómicas de la corteza motora primaria del ratón. (2021) Naturaleza. 598(7879):103-110. DOI: 10.1038/s41586-021-03500-8

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Bakken, TE, Jorstad, NL, Hu, Q., Lake, BB, Tian, W., Kalmbach, BE, Crow, M., Hodge, RD, Krienen, FM, Sorensen, SA, Eggermont, J., Yao, Z., Aevermann, BD, Aldridge, AI, Bartlett, A., Bertagnolli, D., Casper, T., Castanon, RG, Crichton, K., Daigle, TL, Dalley, R., Dee, N., Dembrow , N., Diep, D., Ding, SL, Dong, W., Fang, R., Fischer, S., Goldman, M., Goldy, J., Graybuck, LT, Herb, BR, Hou, X. , Kancherla, J., Kroll, M., Lathia, K., van Lew, B., Li, YE, Liu, CS, Liu, H., Lucero, JD, Mahurkar, A., McMillen, D., Miller , JA, Moussa, M., Nery, JR, Nicovich, PR, Niu, SY, Orvis, J., Osteen, JK, Owen, S., Palmer, CR, Pham, T., Plongthongkum, N., Poirion, O., Reed, NM, Rimorin, C., Rivkin, A., Romanow, WJ, Sedeño-Cortés, AE, Siletti, K., Somasundaram, S., Sulc, J., Tieu, M., Torkelson, A ., Tung, H., Wang, X., Xie, F., Yanny, AM, Zhang, R., Ament, SA, Behrens, MM, Bravo, HC, Chun, J., Dobin, A., Gillis, J., Hertzano, R., Hof, PR, Höllt, T., Horwitz, GD, Keene, CD, Kharchenko, PV, Ko, AL, Lelieveldt, BP, Luo, C., Mukamel, EA, Pinto-Duarte, A., Preissl, S., Regev, A., Ren, B., Scheuermann, RH, Smith, K., España, WJ, White, OR, Koch, C., Hawrylycz, M., Tasic, B., Macosko, EZ, McCarroll, SA, Ting, JT, Zeng, H., Zhang, K., Feng, G., Ecker, J.R., Linnarsson, S., Lein, ES Análisis celular comparativo de la corteza motora en humanos, titíes y ratones. (2021) Naturaleza. 598(7879):111-119. DOI: 10.1038/s41586-021-03465-8

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La corteza motora primaria (M1) es esencial para el control voluntario de la motricidad fina y se conserva funcionalmente en todos los mamíferos. Aquí, utilizando perfiles transcriptómicos y epigenómicos de alto rendimiento de más de 450,000 5 núcleos individuales en humanos, monos tití y ratones, demostramos una composición celular ampliamente conservada de esta región, con similitudes que reflejan la distancia evolutiva y son consistentes entre el transcriptoma y el epigenoma. Las identidades moleculares conservadas del núcleo de los tipos de células neuronales y no neuronales nos permiten generar una clasificación de consenso entre especies de tipos de células e inferir propiedades conservadas de tipos de células entre especies. Sin embargo, a pesar de la conservación general, son evidentes muchas especializaciones dependientes de las especies, incluidas las diferencias en las proporciones de los tipos de células, la expresión génica, la metilación del ADN y el estado de la cromatina. Se conservan pocos genes marcadores de tipo celular en todas las especies, lo que revela una breve lista de genes candidatos y mecanismos reguladores que son responsables de las características conservadas de los tipos de células homólogas, como las células candelabro GABAérgicas. Esta clasificación transcriptómica de consenso nos permite usar patch-seq (una combinación de registros patch-clamp de células enteras, secuenciación de ARN y caracterización morfológica) para identificar células de Betz corticoespinales de la capa 1 en primates no humanos y humanos, y para caracterizar su fisiología y anatomía especializada. Estos hallazgos resaltan los sólidos fundamentos moleculares de la diversidad de tipos de células en MXNUMX en los mamíferos y señalan los genes y las vías reguladoras responsables de la identidad funcional de los tipos de células y sus adaptaciones específicas de especie.

Farhy-Tselnicker, I., Boisvert, MM, Liu, H., Dowling, C., Erikson, GA, Blanco-Suarez, E., Farhy, C., Shokhirev, MN, Ecker, J.R., Allen, Nueva Jersey Modulación dependiente de la actividad de genes reguladores de sinapsis en astrocitos. (2021) Elife. 10. DOI: 10.7554/eLife.70514

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Gouveia-Mageste, BC, Martins, LGC, Dal-Bianco, M., Machado, JPB, da Silva, JCF, Kim, AY, Yazaki, J., Dos Santos, AA, Ecker, J.R., Fuentes, EPB Una proteína sintaxina-6 específica de la planta contribuye a la ruta intracitoplasmática del begomovirus CabLCV. (2021) Fisiología de las plantas. 187(1):158-173. DOI: 10.1093/plphys/kiab252

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Willige, BC, Zander, M., Yoo, CY, Phan, A., Garza, RM, Trigg, SA, He, Y., Nery, JR, Chen, H., Chen, M., Ecker, J.R., Chori, J. FACTORES DE INTERACCIÓN DE FITOCROMOS desencadenan dinámicas de cromatina sensibles al medio ambiente en las plantas. (2021) Genética de la naturaleza. DOI: 10.1038/s41588-021-00882-3

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Ruf-Zamojski, F., Zhang, Z., Zamojski, M., Smith, GR, Mendelev, N., Liu, H., Nudelman, G., Moriwaki, M., Pincas, H., Castanon, RG, Nair, VD, Seenarine, N., Amper, MAS, Zhou, X., Ongaro, L., Toufaily, C., Schang, G., Nery, JR, Bartlett, A., Aldridge, A., Jain, N ., Childs, GV, Troyanskaya, OG, Ecker, J.R., Cirujano, JL, Welt, CK, Bernard, DJ, Sealfon, SC Panorama regulatorio multiómico de núcleo único de la hipófisis murina. (2021) Nature Communications. 12(1):2677. DOI: 10.1038/s41467-021-22859-w

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Gao, C., Liu, J., Kriebel, AR, Preissl, S., Luo, C., Castanon, R., Sandoval, J., Rivkin, A., Nery, JR, Behrens, MM, Ecker, J.R., Ren, B., Welch, JD Integración iterativa multiómica de una sola célula mediante el aprendizaje en línea. (2021) Biotecnología de la naturaleza. DOI: 10.1038 / s41587-021-00867-x

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Fang, R., Preissl, S., Li, Y., Hou, X., Lucero, J., Wang, X., Motamedi, A., Shiau, AK, Zhou, X., Xie, F., Mukamel , EA, Zhang, K., Zhang, Y., Behrens, MM, Ecker, J.R., Ren, B. Análisis completo de datos ATAC-seq de una sola célula con SnapATAC. (2021) Nature Communications. 12(1):1337. DOI: 10.1038/s41467-021-21583-9

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de Mendoza, A., Poppe, D., Buckberry, S., Pflueger, J., Albertin, CB, Daish, T., Bertrand, S., de la Calle-Mustienes, E., Gómez-Skarmeta, JL, Nery, JR, Ecker, J.R., Baer, B., Ragsdale, CW, Grützner, F., Escriva, H., Venkatesh, B., Bogdanovic, O., Lister, R. La aparición del sistema de metilación cerebral no CpG en vertebrados. (2021) Nat Ecol Evol. DOI: 10.1038/s41559-020-01371-2

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Michael, TP, Ernst, E., Hartwick, N., Chu, P., Bryant, D., Gilbert, S., Ortleb, S., Baggs, EL, Sree, KS, Appenroth, KJ, Fuchs, J. , Jupe, F., Sandoval, JP, Krasileva, KV, Borisjuk, L., Mockler, TC, Ecker, J., Martienssen, RA, Lam, E. Genoma y transcriptoma de la hora del día del vínculo minimización morfológica con pérdida de genes y menor control del crecimiento. (2020) Investigación del genoma. DOI: 10.1101/gr.266429.120

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ENCODE, Moore, JE, Purcaro, MJ, Pratt, HE, Epstein, CB, Shoresh, N., Adrian, J., Kawli, T., Davis, CA, Dobin, A., Kaul, R., Halow, J ., Van Nostrand, EL, Freese, P., Gorkin, DU, Shen, Y., He, Y., Mackiewicz, M., Pauli-Behn, F., Williams, BA, Mortazavi, A., Keller, CA , Zhang, XO, Elhajjajy, SI, Huey, J., Dickel, DE, Snetkova, V., Wei, X., Wang, X., Rivera-Mulia, JC, Rozowsky, J., Zhang, J., Chhetri , SB, Zhang, J., Victorsen, A., White, KP, Visel, A., Yeo, GW, Burge, CB, Lécuyer, E., Gilbert, DM, Dekker, J., Rinn, J., Mendenhall EM, Ecker, J.R., Kellis, M., Klein, RJ, Noble, WS, Kundaje, A., Guigó, R., Farnham, PJ, Cherry, JM, Myers, RM, Ren, B., Graveley, BR, Gerstein, MB, Pennacchio , LA, Snyder, MP, Bernstein, BE, Wold, B., Hardison, RC, Gingeras, TR, Stamatoyannopoulos, JA, Weng, Z. Enciclopedias ampliadas de elementos de ADN en los genomas humano y de ratón. (2020) Naturaleza. 583(7818):699-710. DOI: 10.1038/s41586-020-2493-4

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Wierbowski, SD, Vo, TV, Falter-Braun, P., Jobe, TO, Kruse, LH, Wei, X., Liang, J., Meyer, MJ, Akturk, N., Rivera-Erick, CA, Cordero, NA, Paramo, MI, Shayhidin, EE, Bertolotti, M., Tippens, ND, Akther, K., Sharma, R., Katayose, Y., Salehi-Ashtiani, K., Hao, T., Ronald, PC, Ecker, J.R., Schweitzer, PA, Kikuchi, S., Mizuno, H., Hill, DE, Vidal, M., Moghe, GD, McCouch, SR, Yu, H. Una canalización de secuenciación masivamente paralela con código de barras permite la generación del primer mapa ORFeome e interactoma para el arroz. (2020) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1918068117

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Brigidi, GS, Hayes, MGB, Delos Santos, NP, Hartzell, AL, Texari, L., Lin, PA, Bartlett, A., Ecker, J.R., Benner, C., Heinz, S., Bloodgood, BL Descodificación genómica de la despolarización neuronal por heterodímeros NPAS4 específicos de estímulo. (2019) Cell. 179(2):373-391.e27. DOI: 10.1016/j.cell.2019.09.004

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Van Moerkercke, A., Duncan, O., Zander, M., Šimura, J., Broda, M., Vanden Bossche, R., Lewsey, MG, Lama, S., Singh, KB, Ljung, K., Ecker, J.R., Goossens, A., Millar, AH, Van Aken, O. Una red de factores de transcripción dependiente de MYC2/MYC3/MYC4 regula la expresión génica sensible al rociado de agua y los niveles de jasmonato. (2019) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. DOI: 10.1073 / pnas.1911758116

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Salehin, M., Li, B., Tang, M., Katz, E., Song, L., Ecker, J.R., Kliebenstein, DJ, Estelle, M. Las proteínas Aux/IAA sensibles a las auxinas median la tolerancia a la sequía en Arabidopsis al regular los niveles de glucosinolatos. (2019) Nature Communications. 10(1):4021. DOI: 10.1038/s41467-019-12002-1

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Zander, M., Willige, BC, He, Y., Nguyen, TA, Langford, AE, Nehring, R., Howell, E., McGrath, R., Bartlett, A., Castanon, R., Nery, JR , Chen, H., Zhang, Z., Jupe, F., Stepanova, A., Schmitz, RJ, Lewsey, M., Chory, J., Ecker, J.R. Silenciamiento epigenético de un regulador de estrés vegetal multifuncional. (2019) Elife. 8. DOI: 10.7554/eLife.47835

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Luo, C., Lee, QY, Wapinski, O., Castanon, R., Nery, JR, Mall, M., Kareta, MS, Cullen, SM, Goodell, MA, Chang, HY, Wernig, M., Ecker, J.R. Remodelación global de la metilación del ADN durante la reprogramación directa de fibroblastos a neuronas. (2019) Elife. 8. DOI: 10.7554/eLife.40197

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Jupe, F., Rivkin, AC, Michael, TP, Zander, M., Motley, ST, Sandoval, JP, Slotkin, RK, Chen, H., Castanon, R., Nery, JR, Ecker, J.R. La arquitectura compleja y el impacto epigenómico de las inserciones de T-DNA de plantas. (2019) Genética PLOS. 15(1):e1007819. DOI: 10.1371/journal.pgen.1007819

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La bacteria Agrobacterium tumefaciens ha sido el caballo de batalla en la ingeniería del genoma vegetal. El reemplazo personalizado de elementos de plásmidos inductores de tumores (Ti) nativos permitió la inserción de una secuencia de interés llamada Transfer-DNA (T-DNA) en cualquier genoma vegetal. Aunque estos mecanismos de transferencia se comprenden bien, la comprensión detallada de la estructura y el estado epigenómico de los eventos de inserción se vio limitada por las tecnologías actuales. Aquí aplicamos dos tecnologías de molécula única y analizamos líneas de Arabidopsis thaliana de tres colecciones de inserción de T-DNA ampliamente utilizadas (SALK, SAIL y WISC). Los mapas ópticos de cuatro líneas de ADN-T seleccionadas al azar revelaron entre una y siete inserciones/reordenamientos, y la longitud de las inserciones individuales de 27 a 236 kilobases. Los ensamblajes basados en secuenciación de nanoporos de novo para dos líneas segregantes resolvieron parcialmente las estructuras de ADN-T y revelaron múltiples translocaciones e intercambio de extremos de brazos cromosómicos. Para el genoma de referencia TAIR10 actual, los contigs de nanoporos corrigieron el 83 % de los desensamblajes no centroméricos. La resolución de niveles de nucleótidos contiguos sin precedentes permitió un estudio en profundidad del epigenoma en los sitios de inserción de T-DNA. Las inserciones de ADN-T de la línea SALK_059379 se enriquecieron para ARN de interferencia pequeños (ARNip) de 24 nt y metilación del ADN de citosina densa, lo que resultó en el silenciamiento del transgén a través de la vía de metilación del ADN dirigida por ARN. Por el contrario, las inserciones de T-DNA de la línea SAIL_232 están dirigidas predominantemente por siRNA de 21/22 nt, con la metilación y el silenciamiento del ADN limitados a un indicador, pero no al gen de resistencia. Además, perfilamos los entornos de cromatina H3K4me3, H3K27me3 y H2A.Z alrededor de las inserciones de T-DNA usando ChIP-seq en SALK_059379, SAIL_232 y cinco líneas de T-DNA adicionales. Descubrimos varios efectos que van desde la pérdida completa de las marcas de cromatina hasta la incorporación de novo de H2A.Z y la trimetilación de H3K4 y H3K27 alrededor de los sitios de integración de T-DNA. Este estudio proporciona nuevos conocimientos sobre el impacto estructural de la inserción de fragmentos extraños en los genomas de las plantas y demuestra la utilidad de las tecnologías de secuenciación de largo alcance de última generación para identificar rápidamente cambios genómicos imprevistos.

Hrit, J., Goodrich, L., Li, C., Wang, BA, Nie, J., Cui, X., Martin, EA, Simental, E., Fernandez, J., Liu, MY, Nery, JR , Castanon, R., Kohli, RM, Tretyakova, N., He, C., Ecker, J.R., Goll, M., Panorámica, B. OGT se une a un dominio C-terminal conservado de TET1 para regular la actividad y función de TET1 en el desarrollo. (2018) Elife. 7. DOI: 10.7554/eLife.34870

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Luo, C., Rivkin, A., Zhou, J., Sandoval, JP, Kurihara, L., Lucero, J., Castanon, R., Nery, JR, Pinto-Duarte, A., Bui, B., Fitzpatrick, C., O'Connor, C., Ruga, S., Van Eden, ME, Davis, DA, Mash, DC, Behrens, MM, Ecker, J.R. Robusto perfil de metiloma de ADN unicelular con snmC-seq2. (2018) Nature Communications. 9(1):3824. DOI: 10.1038/s41467-018-06355-2

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Michael, TP, Jupe, F., Bemm, F., Motley, ST, Sandoval, JP, Lanz, C., Loudet, O., Weigel, D., Ecker, J.R. Ensamblaje del genoma de Arabidopsis thaliana de alta contigüidad con una sola celda de flujo de nanoporos. (2018) Nature Communications. 9(1):541. DOI: 10.1038/s41467-018-03016-2

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Carter, AC, Chang, HY, Church, G., Dombkowski, A., Ecker, J.R., Gil, E., Giresi, PG, Greely, H., Greenleaf, WJ, Hacohen, N., He, C., Hill, D., Ko, J., Kohane, I., Kundaje, A., Palmer , M., Snyder, MP, Tung, J., Urban, A., Vidal, M., Wong, W. Desafíos y recomendaciones para la epigenómica en salud de precisión. (2017) Biotecnología de la naturaleza. 35(12):1128-1132. DOI: 10.1038/nbt.4030

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La 5-metilcitosina, una modificación química del ADN, es una modificación covalente que se encuentra en los genomas de plantas y animales. La herencia epigenética de los fenotipos mediada por la metilación del ADN está bien establecida en las plantas. La mayoría de los mecanismos conocidos para establecer, mantener y modificar la metilación del ADN se han elaborado en la planta de referencia Arabidopsis thaliana. Las principales funciones de la metilación del ADN en las plantas incluyen la regulación de la expresión génica y el silenciamiento de elementos transponibles (TE) y secuencias repetitivas, los cuales tienen paralelos en la biología de los mamíferos, involucran la interacción con la maquinaria transcripcional y pueden tener efectos profundos en las redes reguladoras en la célula. Se ha investigado la dinámica del metiloma y el transcriptoma en el desarrollo y las respuestas ambientales en Arabidopsis y plantas importantes desde el punto de vista agrícola y ecológico, lo que revela la relación interdependiente entre el contexto genómico, los patrones de metilación y la expresión de TE y genes codificadores de proteínas. Los análisis de la variación del metiloma entre las poblaciones y especies naturales de plantas han comenzado a cuantificar el grado de control genético de la variación del metiloma frente a la verdadera epimutación, y modelan las fuerzas evolutivas que impulsan la evolución del metiloma en escalas de tiempo tanto cortas como largas. La capacidad de la metilación del ADN para modular positiva o negativamente la afinidad de unión de los factores de transcripción (TF) proporciona un vínculo natural desde la secuencia del genoma y los cambios de metilación hasta la transcripción. Las tecnologías que permiten la determinación sistemática de las sensibilidades de metilación de los TF, en el contexto de metilación y genómica nativa sin factores de confusión como las modificaciones de histonas, proporcionarán conjuntos de datos de referencia para construir redes reguladoras específicas de cada tipo de célula e individuo que subyacen al establecimiento y la herencia de rasgos complejos. . Este artículo se clasifica en: Métodos y tecnologías de laboratorio > Métodos genéticos/genómicos Mecanismos biológicos > Biología reguladora.

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El silenciamiento del ARN a nivel transcripcional y postranscripcional regula la expresión génica endógena, controla los elementos transponibles invasores (TE) y protege a la célula contra los virus. Los componentes clave del mecanismo son pequeños ARN (ARNs) de 21 a 24 nt que guían la maquinaria de silenciamiento a sus objetivos de ácido nucleico de una manera específica de secuencia de nucleótidos. El silenciamiento transcripcional de genes está asociado con sRNA de 24 nt y metilación de ADN dirigida por ARN (RdDM) en residuos de citosina en tres contextos de secuencia de ADN (CG, CHG y CHH). Anteriormente demostramos que los sRNA de 24 nt son móviles desde el brote hasta la raíz en Arabidopsis thaliana y confirmamos que median la metilación del ADN en tres sitios en las células receptoras. En este estudio, ampliamos este hallazgo al demostrar que RdDM de miles de loci en los tejidos de la raíz depende de los sRNA móviles del brote y que la metilación del ADN dependiente de sRNA móvil ocurre predominantemente en contextos que no son CG. La metilación no CG dependiente de ARNs móvil depende en gran medida de la vía RdDM de las METILTRANSFERASAS REORGANIZADAS DE DOMINIOS 1/2 (DRM1/DRM2), pero es independiente de las metiltransferasas de ADN CROMOMETILASA (CMT)2/3. Las superfamilias específicas de TE, incluidas las que se encuentran típicamente en regiones eucromáticas ricas en genes, pierden la metilación del ADN en un mutante que carece de ARNs de 22 a 24 nt (mutante triple 2, 3, 4 tipo dicer). Los análisis del transcriptoma identificaron un pequeño número de genes cuya expresión en las raíces está asociada con sRNA móviles y conectada directa o indirectamente con la metilación del ADN. Finalmente, demostramos que los sRNA de los brotes de una accesión se mueven a través de una unión de injerto y se dirigen a la metilación del ADN de novo en sitios normalmente no metilados en los genomas de las células de la raíz de una accesión diferente.

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Buganim, Y., Markoulaki, S., van Wietmarschen, N., Hoke, H., Wu, T., Ganz, K., Akhtar-Zaidi, B., He, Y., Abraham, BJ, Porubsky, D ., Kulenkampff, E., Faddah, DA, Shi, L., Gao, Q., Sarkar, S., Cohen, M., Goldmann, J., Nery, JR, Schultz, MD, Ecker, J.R., Xiao, A., Young, RA, Lansdorp, PM, Jaenisch, R. El potencial de desarrollo de las iPSC está muy influenciado por la selección del factor de reprogramación. (2014) Célula madre celular. 15(3):295-309. DOI: 10.1016/j.tallo.2014.07.003

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Ma, H., Morey, R., O'Neil, RC, He, Y., Daughtry, B., Schultz, MD, Hariharan, M., Nery, JR, Castanon, R., Sabatini, K., Thiagarajan , RD, Tachibana, M., Kang, E., Tippner-Hedges, R., Ahmed, R., Gutiérrez, NM, Van Dyken, C., Polat, A., Sugawara, A., Sparman, M., Gokhale, S., Amato, P., Wolf, DP, Ecker, J.R., Laurent, LC, Mitalipov, S. Anomalías en células pluripotentes humanas debidas a mecanismos de reprogramación. (2014) Naturaleza. 511 (7508): 177-83. DOI: 10.1038/naturaleza13551

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Looney, TJ, Zhang, L., Chen, CH, Lee, JH, Chari, S., Mao, FF, Pelizzola, M., Zhang, L., Lister, R., Baker, SW, Fernandes, CJ, Gaetz , J., Foshay, KM, Clift, KL, Zhang, Z., Li, WQ, Vallender, EJ, Wagner, U., Qin, JY, Michelini, KJ, Bugarija, B., Park, D., Aryee, E., Stricker, T., Zhou, J., White, KP, Ren, B., Schroth, GP, Ecker, J.R., Xiang, AP, Lahn, BT El mapeo sistemático de genes ocluidos por fusión celular revela la prevalencia y la estabilidad del silenciamiento mediado por cis en células somáticas. (2014) Investigación del genoma. 24(2):267-80. DOI: 10.1101/gr.143891.112

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Tanto los factores difusibles que actúan en trans como los componentes de cromatina que actúan en cis están implicados en la regulación génica, pero no está claro hasta qué punto cualquiera de los procesos determina causalmente la identidad transcripcional de una célula. Recientemente usamos la fusión celular para definir una clase de genes silenciosos denominados genes "silenciados en cis" (u "ocluidos"), que permanecen silenciosos incluso en presencia de activadores transcripcionales que actúan en trans. Además, demostramos que la oclusión de genes inapropiados para el linaje desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de las identidades transcripcionales de las células somáticas. Aquí presentamos, por primera vez, un mapa completo de genes ocluidos en células somáticas. Específicamente, mapeamos genes ocluidos en fibroblastos de ratón a través de la fusión con una docena de tipos de células de rata diferentes seguidos de un perfil de transcriptoma completo. Descubrimos que los genes ocluidos son muy frecuentes y estables en las células somáticas, lo que representa una fracción considerable de genes silenciosos. Los genes ocluidos también están altamente enriquecidos para importantes reguladores del desarrollo de linajes alternativos, de acuerdo con el papel de la oclusión en la protección de las identidades celulares. Junto a este mapa, también presentamos mapas de genoma completo de metilación del ADN y otras ocho marcas de cromatina. Estos mapas descubren una relación compleja entre el estado de la cromatina y la oclusión. Además, encontramos que la metilación del ADN funciona como la memoria de la oclusión en un subconjunto de genes ocluidos, mientras que la desacetilación de histonas contribuye a la implementación pero no a la memoria de la oclusión. Nuestros datos sugieren que las identidades de los tipos de células individuales se definen en gran medida por el estado de oclusión de sus genomas. Los completos mapas de referencia informados aquí proporcionan la base para futuros estudios destinados a comprender el papel de la oclusión en el desarrollo y la enfermedad.

Wang, T., Liu, J., Shen, L., Tonti-Filippini, J., Zhu, Y., Jia, H., Lister, R., Whitaker, JW, Ecker, J.R., Millar, AH, Ren, B., Wang, W. STAR: una solución integrada para la gestión y visualización de datos de secuenciación. (2013) Bioinformática. 29(24):3204-10. DOI: 10.1093/bioinformática/btt558

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Schmitz, RJ, He, Y., Valdés-López, O., Khan, SM, Joshi, T., Urich, MA, Nery, JR, Diers, B., Xu, D., Stacey, G., Ecker, J.R. Herencia en todo el epigenoma de variantes de metilación de citosina en una población endogámica recombinante. (2013) Investigación del genoma. 23(10):1663-74. DOI: 10.1101/gr.152538.112

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Hua, Z., Piscina, JE, Schmitz, RJ, Schultz, MD, Shiu, SH, Ecker, J.R., Vierstra, RD La programación epigenómica contribuye a la evolución de la deriva genómica de la superfamilia de proteínas F-Box en Arabidopsis. (2013) Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 110(42):16927-32. DOI: 10.1073/pnas.1316009110

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Las comparaciones dentro de las bases de datos de secuencias en expansión han revelado una interacción dinámica entre las fuerzas genómicas y epigenómicas que impulsan la evolución de las plantas. Tales fuerzas son especialmente obvias dentro de la superfamilia F-Box (FBX), una de las familias de genes más grandes y polimórficas de las plantas terrestres, donde sus frecuentes expansiones y contracciones específicas de linaje proporcionan un modelo excelente para evaluar cómo la variación genética impactó la función de los genes antes. y después de la especiación. Las comparaciones filogenéticas anteriores basadas en la ortología, la diversidad y los patrones de expresión identificaron tres grupos FBX de plantas: común, específico del linaje y pseudo(genizado), cuyas emergencias son consistentes con la evolución de la deriva genómica. Aquí, examinamos esta variación dentro de Arabidopsis thaliana mediante la evaluación de SNP para los 877 loci FBX de 432 accesiones naturales y sus relaciones con las variaciones en la selección natural, la expresión y la metilación de histonas/ADN. De acuerdo con su importancia fenotípica, los locus FBX comunes tienen un bajo polimorfismo pero altas tasas de mutaciones nocivas, lo que indica limitaciones funcionales estrictas. En contraste, los grupos Lineage-Specific y Pseudo están enriquecidos en genes con expresión basal y mayor densidad de SNP y más correlacionados con marcas de metilación (metilación de ADN dirigida por ARN y trimetilación de histona H3K27) que promueven el silenciamiento transcripcional. En conjunto, proponemos que las modificaciones epigenómicas reversibles ayudaron a dar forma a la evolución del gen FBX al suprimir transcripcionalmente los efectos adversos del desequilibrio de la dosis génica y los alelos FBX dañinos que surgen durante la deriva genómica, al mismo tiempo que permiten que surjan innovaciones a través de la reprogramación epigenómica.

Lister, R.*, Mukamel, EA, Nery, JR, Urich, M., Puddifoot, CA, Johnson, ND, Lucero, J., Huang, Y., Dwork, AJ, Schultz, MD, Yu, M., Tonti-Filippini, J., Heyn, H., Hu, S., Wu, JC, Rao, A., Esteller, M., He, C., Haghighi, FG, Sejnowski, TJ, Behrens, MM*, Ecker, JR* Reconfiguración epigenómica global durante el desarrollo del cerebro de los mamíferos. (2013) Ciencia. 341 (6146): 1237905. DOI: 10.1126/ciencia.1237905

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Qiao, H., Shen, Z., Huang, SS, Schmitz, RJ, Urich, MA, Briggs, SP, Ecker, J.R. Respuesta a la perspectiva: "ansiedad por separación: un análisis de la escisión de EIN2 inducida por etileno". (2013) Señalización y comportamiento de las plantas. 8(8). DOI: 10.4161/psb.25037

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Schweizer, F., Fernández-Calvo, P., Zander, M., Diez-Diaz, M., Fonseca, S., Glauser, G., Lewsey, MG, Ecker, J.R., Solano, R., Reymond, P. Los factores básicos de transcripción hélice-bucle-hélice de Arabidopsis MYC2, MYC3 y MYC4 regulan la biosíntesis de glucosinolatos, el rendimiento de los insectos y el comportamiento de alimentación. (2013) Célula vegetal. 25(8):3117-32. DOI: 10.1105/tpc.113.115139

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Chang, KN, Zhong, S., Weirauch, MT, Hon, G., Pelizzola, M., Li, H., Huang, SS, Schmitz, RJ, Urich, MA, Kuo, D., Nery, JR, Qiao , H., Yang, A., Jamali, A., Chen, H., Ideker, T., Ren, B., Bar-Joseph, Z., Hughes, TR, Ecker, J.R. La respuesta transcripcional temporal al gas etileno impulsa la regulación cruzada de la hormona del crecimiento en Arabidopsis. (2013) Elife. 2:e00675. DOI: 10.7554/eLife.00675

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Xie, W., Schultz, MD, Lister, R., Hou, Z., Rajagopal, N., Ray, P., Whitaker, JW, Tian, S., Hawkins, RD, Leung, D., Yang, H ., Wang, T., Lee, AY, Swanson, SA, Zhang, J., Zhu, Y., Kim, A., Nery, JR, Urich, MA, Kuan, S., Yen, CA, Klugman, S ., Yu, P., Suknuntha, K., Propson, NE, Chen, H., Edsall, LE, Wagner, U., Li, Y., Ye, Z., Kulkarni, A., Xuan, Z., Chung, WY, Chi, NC, Antosiewicz-Bourget, JE, Slukvin, I., Stewart, R., Zhang, MQ, Wang, W., Thomson, JA, Ecker, J.R., Ren, B. Análisis epigenómico de la diferenciación multilinaje de células madre embrionarias humanas. (2013) Cell. 153(5):1134-48. DOI: 10.1016/j.cell.2013.04.022

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Hill, K., Mathews, DE, Kim, HJ, Street, IH, Wildes, SL, Chiang, YH, Mason, MG, Alonso, JM, Ecker, J.R., Kieber, JJ, Schaller, GE Caracterización funcional de los reguladores de respuesta de tipo B en la respuesta de citoquinina de Arabidopsis. (2013) Fisiología de las plantas. 162(1):212-24. DOI: 10.1104/pp.112.208736

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Las citoquininas juegan un papel fundamental en el crecimiento y desarrollo de las plantas, y la respuesta transcripcional a la citoquinina está mediada por los reguladores de respuesta de tipo B. En Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), los reguladores de respuesta de tipo B (ARABIDOPSIS RESPONSE REGULATORS [ARR]) forman tres subfamilias según el análisis filogenético, con la subfamilia 1 con siete miembros y las subfamilias 2 y 3 con dos miembros cada una. Las respuestas de citoquinina están mediadas predominantemente por miembros de la subfamilia 1, con efectos mediados por citoquinina sobre el crecimiento de la raíz y el tamaño del meristema de la raíz que se correlaciona con los niveles de expresión de ARR de tipo B. Para determinar qué ARR tipo B pueden sustituir funcionalmente a los miembros de la subfamilia 1 ARR1 o ARR12, expresamos diferentes ARR tipo B del promotor ARR1 y analizamos su capacidad para rescatar fenotipos mutantes dobles arr1 arr12. ARR1, así como un subconjunto de otras ARR de tipo B de la subfamilia 1, restauran la sensibilidad de la citoquinina a arr1 arr12. La expresión de ARR10 del promotor ARR1 da como resultado hipersensibilidad a la citoquinina y mejora la regeneración de brotes del tejido calloso, lo que se correlaciona con una mayor estabilidad de la proteína ARR10 en comparación con la proteína ARR1. El examen de mutantes de inserción de ADN de transferencia en las subfamilias 2 y 3 reveló poco efecto sobre varias respuestas de citoquinina bien caracterizadas. Sin embargo, un miembro de la subfamilia 2, ARR21, restaura la sensibilidad de la citoquinina a las raíces arr1 arr12 cuando se expresa desde el promotor ARR1, lo que indica la conservación funcional de este miembro divergente de la familia. Nuestros resultados indican que los ARR de tipo B han divergido en función, de modo que algunos, pero no todos, pueden complementar el mutante arr1 arr12. Además, nuestros resultados indican que los perfiles de expresión de ARR tipo B en la planta, junto con la regulación postranscripcional, juegan un papel importante en la modulación de su contribución a la señalización de citoquininas.

Schmitz, RJ, Schultz, MD, Urich, MA, Nery, JR, Pelizzola, M., Libiger, O., Alix, A., McCosh, RB, Chen, H., Schork, NJ, Ecker, J.R. Patrones de diversidad epigenómica de la población. (2013) Naturaleza. 495 (7440): 193-8. DOI: 10.1038/naturaleza11968

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Woodson, JD, Pérez-Ruiz, JM, Schmitz, RJ, Ecker, J.R., Chori, J. Las señales retrógradas de plástidos mediadas por factor sigma controlan la expresión de genes nucleares. (2013) Diario de plantas. 73(1):1-13. DOI: 10.1111/tpj.12011

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La señalización retrógrada de los plástidos al núcleo es necesaria para regular el proteoma del orgánulo durante el establecimiento de la fotoautotrofia y las condiciones ambientales fluctuantes. Los estudios que utilizaron inhibidores de la biogénesis del cloroplasto han revelado que cientos de genes nucleares están regulados por señales retrógradas emitidas por los plástidos. La expresión génica de plástidos es la fuente de al menos una de estas señales, pero se desconoce el número de señales y sus mecanismos utilizados para regular la expresión génica nuclear. Para examinar más a fondo los efectos de la expresión génica de plástidos en la expresión de genes nucleares, analizamos mutantes de Arabidopsis que eran defectuosos en cada uno de los genes del factor seis sigma (SIG) que codifican proteínas utilizadas por la ARN polimerasa codificada por plástidos para transcribir conjuntos específicos de genes de plástidos. Mostramos que SIG2 y SIG6 tienen funciones parcialmente redundantes en la transcripción de plástidos y la señalización retrógrada para controlar la expresión de genes nucleares. La pérdida de GUN1 (una proteína de repetición de pentatricopéptido localizada en plástidos) puede restaurar la expresión génica nuclear (pero no plástida) tanto en sig2 como en sig6, mientras que un aumento en la síntesis de hemo puede restaurar la expresión génica nuclear solo en mutantes sig2. Estos resultados demuestran que la función del factor sigma es la fuente de al menos dos señales retrógradas al núcleo; uno que probablemente involucre la transcripción de tRNA (Glu) . Un análisis de micromatrices mostró que estas dos señales representaban al menos un subconjunto de los genes nucleares que están regulados por los inhibidores de la biogénesis de plástidos norflurazon y lincomicina. Juntos, estos datos sugieren que tales inhibidores pueden inducir la señalización retrógrada al afectar la transcripción en el plástido.

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Wierzbicki, AT, Cocklin, R., Mayampurath, A., Lister, R., Rowley, MJ, Gregory, BD, Ecker, J.R., Tang, H., Pikaard, CS Relaciones espaciales y funcionales entre loci asociados a Pol V, siRNA dependientes de Pol IV y metilación de citosina en el epigenoma de Arabidopsis. (2012) Genes y desarrollo. 26(16):1825-36. DOI: 10.1101/gad.197772.112

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Hotto, AM, Schmitz, RJ, Fei, Z., Ecker, J.R., popa, DB Diversidad inesperada de ARN no codificantes de cloroplastos según lo revelado por la secuenciación profunda del transcriptoma de Arabidopsis. (2011) G3. 1(7):559-70. DOI: 10.1534/g3.111.000752

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Los ARN no codificantes (ncRNA) se expresan ampliamente tanto en procariotas como en eucariotas. Los ncRNA eucariotas son comúnmente micro y pequeños ARN de interferencia (18-25 nt) involucrados en el silenciamiento génico postranscripcional, mientras que los ncRNA procariotas varían en tamaño y están involucrados en varios aspectos de la regulación génica. Dado el origen procariótico de los orgánulos, cabría esperar la presencia de ncRNA; sin embargo, el espectro completo de ncRNA organellares no se ha determinado sistemáticamente. En este caso, se utilizó el análisis RNA-Seq específico de cadena para identificar 107 ncRNA candidatos de cloroplastos de Arabidopsis thaliana, codificados principalmente en genes de codificación de proteínas y de tRNA opuestos. Se demostró que cuarenta y ocho ncRNA se acumulan mediante transferencia de gel de ARN como transcripciones discretas en plantas de tipo salvaje (WT) y/o el mutante pnp1-1, que carece de la polinucleótido fosforilasa de ribonucleasa de cloroplasto (cpPNPase). El noventa y ocho por ciento de los ncRNA detectados por transferencia de gel de ARN tenían diferentes patrones de transcripción entre WT y pnp1-1, lo que sugiere que cpPNPase tiene un papel importante en la biogénesis y acumulación de ncRNA del cloroplasto. El análisis de materiales deficientes para otras ribonucleasas importantes del cloroplasto, RNase R, RNase E y RNase J, mostró efectos diferenciales en la acumulación y/o forma de ncRNA, lo que sugiere especificidad en las interacciones RNase-ncRNA. El mapeo del extremo 5' demuestra que algunos ncRNA se transcriben a partir de promotores dedicados, mientras que otros resultan de la lectura transcripcional. Finalmente, las correlaciones entre la acumulación de algunos ncRNA y el ARN sentido transcrito simétricamente son consistentes con un papel en la estabilidad del ARN. En general, nuestros datos sugieren que esta extensa población de ncRNA tiene el potencial de sustentar un modo regulador previamente subestimado en el cloroplasto.

Elling, U., Taubenschmid, J., Wirnsberger, G., O'Malley, R., Demers, SP, Vanhaelen, Q., Shukalyuk, AI, Schmauss, G., Schramek, D., Schnuetgen, F., Von Melchner, H., Ecker, J.R., Stanford, WL, Zuber, J., Stark, A., Penninger, JM Genética directa e inversa a través de la derivación de células madre embrionarias de ratón haploides. (2011) Célula madre celular. 9(6):563-74. DOI: 10.1016/j.tallo.2011.10.012

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Mukhtar, MS, Carvunis, AR, Dreze, M., Epple, P., Steinbrenner, J., Moore, J., Tasan, M., Galli, M., Hao, T., Nishimura, MT, Pevzner, SJ , Donovan, SE, Ghamsari, L., Santhanam, B., Romero, V., Poulin, MM, Gebreab, F., Gutierrez, BJ, Tam, S., Monachello, D., Boxem, M., Harbort, CJ, McDonald, N., Gai, L., Chen, H., He, Y., Consorcio de Effectorómica de la Unión Europea, Vandenhaute, J., Roth, FP, Hill, DE, Ecker, J.R., Vidal, M., Beynon, J., Braun, P., Dangl, JL Los efectores de virulencia evolucionados independientemente convergen en los centros de una red del sistema inmunológico de la planta. (2011) Ciencia. 333 (6042): 596-601. DOI: 10.1126/ciencia.1203659

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Las grandes colecciones de mutantes de inserción de ADN-T indexados por secuencia de Arabidopsis thaliana se encuentran entre los recursos más importantes que surgen de la secuenciación del genoma. Varios laboratorios de todo el mundo han utilizado la secuencia del genoma de referencia de Arabidopsis para mapear etiquetas de secuencia flanqueante (FST) de T-DNA para más de 325,000 12 líneas de inserción de T-DNA. Durante la última década, los fenotipos identificados con mutantes inducidos por T-DNA han desempeñado un papel fundamental en el avance de la investigación básica y aplicada de las plantas. Estos mutantes ampliamente utilizados son una herramienta invaluable para el interrogatorio directo de la función del gen. Sin embargo, la mayoría de las líneas son hemicigotas para la inserción, lo que requiere un paso de genotipado para identificar plantas homocigotas para la cuantificación de fenotipos. Esta situación ha limitado la aplicación de estas colecciones para las pantallas de todo el genoma. El aislamiento de múltiples líneas de inserción homocigotas para cada gen en el genoma permitiría probar sistemáticamente la consecuencia fenotípica de la pérdida de genes en una amplia variedad de condiciones. Un obstáculo importante para lograr este objetivo es que el 8% de los genes no tienen inserción y el XNUMX% solo están representados por un solo alelo. La generación de mutaciones adicionales para lograr una cobertura completa del genoma ha sido lenta y costosa, ya que cada inserción se secuencia de una en una. Los avances recientes en la tecnología de secuenciación de alto rendimiento abren un medio potencialmente más rápido y rentable para crear nuevas poblaciones mutantes de inserción muy grandes para plantas o animales. Con la combinación de nuevas herramientas para estudios de todo el genoma y plataformas de fenotipado emergentes, estas colecciones mutantes indexadas por secuencias están preparadas para tener un mayor impacto en nuestra comprensión de la función de los genes.

Endres, MW, Gregory, BD, Gao, Z., Foreman, AW, Mlotshwa, S., Ge, X., Pruss, GJ, Ecker, J.R., Bowman, LH, Vance, V. Dos plantas supresoras virales del silenciamiento requieren el factor de transcripción RAV2 del huésped inducible por etileno para bloquear el silenciamiento del ARN. (2010) PLOS patógenos. 6(1):e1000729. DOI: 10.1371/journal.ppat.1000729

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El silenciamiento del ARN es una vía altamente conservada en la red de respuestas de defensa interconectadas que se activan durante la infección viral. Como contradefensa, muchos virus de plantas codifican proteínas que bloquean el silenciamiento y, a menudo, también interfieren con las vías endógenas de ARN pequeño. Sin embargo, el mecanismo de acción de los supresores virales no se comprende bien y el papel de los factores del huésped en el proceso apenas comienza a surgir. Aquí informamos que el factor de transcripción inducible por etileno RAV2 es necesario para la supresión del silenciamiento del ARN por dos proteínas virales vegetales no relacionadas, potyvirus HC-Pro y carmovirus P38. Usando un sistema de silenciamiento transgénico de horquilla, encontramos que ambos supresores virales requieren RAV2 para bloquear la actividad de los siRNA primarios, mientras que la supresión del silenciamiento transitivo es independiente de RAV2. RAV2 también es necesario para muchas anomalías morfológicas mediadas por HC-Pro en plantas transgénicas, pero no para los defectos asociados en la vía del microARN. Los experimentos de microarrays de mosaico de genoma completo demuestran que la expresión de genes que se sabe que son necesarios para el silenciamiento no cambia en las plantas HC-Pro, mientras que se induce una cantidad sorprendente de genes involucrados en otras respuestas de estrés biótico y abiótico, muchos de manera dependiente de RAV2. Entre los genes que requieren RAV2 para la inducción por HC-Pro se encuentran FRY1 y CML38, genes implicados como supresores endógenos del silenciamiento. Estos hallazgos plantean la intrigante posibilidad de que la supresión del silenciamiento por HC-Pro no sea causada por la disminución de la expresión de los genes que se requieren para el silenciamiento, sino por la inducción de respuestas de estrés y defensa, algunos de los cuales interfieren con el silenciamiento antiviral. Además, la observación de que dos supresores virales no relacionados requieren la actividad del mismo factor para bloquear el silenciamiento sugiere que RAV2 representa un punto de control que los virus pueden subvertir fácilmente para bloquear el silenciamiento antiviral.

Lister, R., Pelizzola, M., Dowen, RH, Hawkins, RD, Hon, G., Tonti-Filippini, J., Nery, JR, Lee, L., Ye, Z., Ngo, QM, Edsall, L., Antosiewicz-Bourget, J., Stewart, R., Ruotti, V., Millar, AH, Thomson, JA, Ren, B., Ecker, J.R. Los metilomas de ADN humano en resolución básica muestran diferencias epigenómicas generalizadas. (2009) Naturaleza. 462 (7271): 315-22. DOI: 10.1038/naturaleza08514

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El etileno (C(2)H(4)) es una molécula de señalización vegetal única que regula numerosos procesos de desarrollo. La enzima clave en la vía biosintética de dos pasos del etileno es la 1-aminociclopropano-1-carboxilato sintasa (ACS), que cataliza la conversión de S-adenosilmetionina (AdoMet) en ACC, el precursor del etileno. Para comprender la función de esta importante enzima, analizamos toda la familia de nueve isoformas de ACS (ACS1, ACS2, ACS4-9 y ACS11) codificadas en el genoma de Arabidopsis. Nuestro análisis revela que los miembros de esta familia de proteínas comparten una función esencial, porque los genes ACS individuales no son esenciales para la viabilidad de Arabidopsis, mientras que la eliminación de toda la familia de genes da como resultado la letalidad embrionaria. La caracterización fenotípica de mutantes únicos y múltiples desenmascara funciones únicas pero superpuestas de los diversos miembros de ACS en eventos de desarrollo de plantas, incluidas múltiples características de crecimiento, tiempo de floración, respuesta a la gravedad, resistencia a enfermedades y producción de etileno. El etileno actúa como un represor de la floración al regular la transcripción del FLOWERING LOCUS C. Cada mutante único y de alto orden tiene un fenotipo molecular característico con patrones de expresión génica únicos y superpuestos. La expresión de varios genes implicados en la percepción de la luz y la señalización está alterada en los mutantes de alto orden. Estos resultados, junto con el mapa de interacción de ACS in planta, sugieren que los procesos mediados por etileno están orquestados por una interacción combinatoria entre las isoformas de ACS que determina la proporción relativa de homo y heterodímeros (activos o inactivos) de manera espacial y temporal. Estas isoformas de subunidades comprenden un código combinatorio que es un regulador central de la producción de etileno durante el desarrollo de la planta. La letalidad del mutante nulo de ACS contrasta con la viabilidad de las mutaciones nulas en componentes clave del aparato de señalización del etileno, lo que respalda firmemente la opinión de que el ACC, el precursor del etileno, es un regulador primario del crecimiento y desarrollo de las plantas.

97. Taller internacional de publicación de datos de Toronto Au, Birney, E., Hudson, TJ, Green, ED, Gunter, C., Eddy, S., Rogers, J., Harris, JR, Ehrlich, SD, Apweiler, R., Austin, CP, Berglund, L., Bobrow, M., Bountra, C., Brookes, AJ, Cambon-Thomsen, A., Carter, NP, Chisholm, RL, Contreras, JL, Cooke, RM, Crosby, WL, Dewar, K., Durbin, R., Dyke, SO, Ecker, J.R., El Emam, K., Feuk, L., Gabriel, SB, Gallacher, J., Gelbart, WM, Granell, A., Guarner, F., Hubbard, T., Jackson, SA, Jennings, JL, Joly, Y., Jones, SM, Kaye, J., Kennedy, KL, Knoppers, BM, Kyrpides, NC, Lowrance, WW, Luo, J., MacKay, JJ, Martín-Rivera, L., McCombie, WR, McPherson, JD, Miller, L., Miller, W., Moerman, D., Mooser, V., Morton, CC, Ostell, JM, Ouellette, BF, Parkhill, J., Raina, PS, Rawlings, C., Scherer, SE, Scherer, SW, Schofield, PN, Sensen, CW, Stodden, VC, Sussman, MR, Tanaka, T., Thornton, J., Tsunoda, T., Valle, D., Vuorio, EI, Walker, NM, Wallace, S., Weinstock, G., Whitman, WB, Worley, KC, Wu, C., Wu, J., Yu, J. Intercambio de datos previos a la publicación. (2009) Naturaleza. 461(7261):168-70. DOI: 10.1038/461168a

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Mori, IC, Murata, Y., Yang, Y., Munemasa, S., Wang, YF, Andreoli, S., Tiriac, H., Alonso, JM, Harper, JF, Ecker, J.R., Kwak, JM, Schroeder, JI Las CDPK CPK6 y CPK3 funcionan en la regulación ABA de los canales permeables al anión tipo S y al Ca(2+) de las células protectoras y el cierre de estomas. (2006) PLOS Biología. 4(10):e327. DOI: 10.1371/journal.pbio.0040327

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Se ha propuesto la transducción de señales de ácido abscísico (ABA) para utilizar el Ca(2+) citosólico en la regulación de los canales iónicos de las células protectoras. Sin embargo, no se han identificado mutantes genéticos en los sensores de Ca(2+) que alteran las respuestas de señalización de las células protectoras o de los canales iónicos de las plantas, y aún no está claro si los mecanismos de señalización ABA independientes de Ca(2+) son suficientes para una respuesta completa. Se ha propuesto que las proteínas quinasas dependientes de calcio (CDPK) contribuyen a las respuestas de transducción de señales centrales en las plantas. Sin embargo, hasta la fecha no se ha informado ningún fenotipo mutante de interrupción del gen CDPK de Arabidopsis, probablemente debido a redundancias superpuestas en CDPK. Dos genes CDPK expresados en células protectoras de Arabidopsis, CPK3 y CPK6, mostraron fenotipos de alteración génica. La activación de ABA y Ca(2+) de los canales de aniones de tipo lento y, curiosamente, la activación de ABA de los canales permeables al Ca(2+) de la membrana plasmática se vio afectada en alelos independientes de células protectoras mutantes cpk3cpk6 simples y dobles. Además, el cierre estomático inducido por ABA y Ca(2+) se vio parcialmente afectado en estos alelos mutantes cpk3cpk6. Sin embargo, la actividad actual del canal de aniones de tipo rápido no se vio afectada, de acuerdo con la respuesta de cierre estomático parcial en mutantes dobles a través de una red de señalización ramificada propuesta. Los experimentos de oscilación de Ca(2+) impuestos revelaron que el cierre estomático reactivo con Ca(2+) se redujo en las plantas doblemente mutantes CDPK. Sin embargo, el cierre de estomas programado por Ca(2+) de larga duración no se vio afectado, proporcionando evidencia genética para una separación funcional de estos dos modos de cierre de estomas inducido por Ca(2+). Nuestros hallazgos muestran funciones importantes de las CDPK de CPK6 y CPK3 en la regulación de los canales iónicos de las células protectoras y proporcionan evidencia genética para los sensores de calcio que transducen la señalización de ABA estomática.

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El genoma de Arabidopsis contiene seis genes relacionados con NPR1. Dado el papel fundamental que desempeña NPR1 en el control de la expresión génica mediada por ácido salicílico (SA) y la resistencia a enfermedades, la caracterización funcional de otros miembros de la familia parece estar justificada. Se utilizó genética inversa para analizar el papel de un gen similar a NPR1, al que llamamos NPR4. La proteína NPR4 comparte un 36 % de identidad con NPR1 e interactúa con el mismo espectro de factores de transcripción TGA en ensayos de dos híbridos de levadura. Las plantas con inserciones de ADN-T en NPR4 son más susceptibles al patógeno bacteriano virulento Pseudomonas jeringa pv. tomate DC3000. Este fenotipo se complementa con la expresión de la región codificante de NPR4 de tipo salvaje. Según lo determinado por la reproducción del parásito, el mutante npr4-1 es más susceptible al hongo patógeno Erysiphe cichoracearum, pero no difiere notablemente del tipo salvaje en su interacción con cepas virulentas y avirulentas del oomiceto Peronospora parasitica. En hojas de plantas de tipo salvaje, los niveles de ARNm de NPR4 aumentan después del desafío con patógenos o el tratamiento con SA, y disminuyen rápidamente después del tratamiento con ácido metil jasmónico (MeJA). Las transcripciones de los genes PR-1, PR-2 y PR-5 relacionados con la patogenia (PR) solo se reducen marginalmente en el mutante npr4-1 después del desafío con patógenos o el tratamiento con SA. Esta reducción de la expresión del gen PR es más pronunciada cuando las hojas se exponen al patógeno bacteriano después del tratamiento con SA. La expresión del gen marcador PDF1.2 de la ruta dependiente del ácido jasmónico se ve comprometida en las hojas npr4-1 después de la aplicación de MeJA o una combinación de SA y MeJA. Estos resultados indican que se requiere NPR4 para la defensa basal contra los patógenos, y que puede estar implicado en la interacción entre las vías de señalización dependientes de SA y JA.

Prigge, MJ, Otsuga, D., Alonso, JM, Ecker, J.R., Drews, GN, Clark, SE Los miembros de la familia del gen de la cremallera de leucina del homeodominio de clase III tienen funciones superpuestas, antagónicas y distintas en el desarrollo de Arabidopsis. (2005) Célula vegetal. 17(1):61-76. DOI: 10.1105/tpc.104.026161

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Shibuya, K., Barry, KG, Ciardi, JA, Loucas, HM, Underwood, BA, Nourizadeh, S., Ecker, J.R., Klee, HJ, Clark, DG El papel central de PhEIN2 en las respuestas de etileno a lo largo del desarrollo de la planta en petunia. (2004) Fisiología de las plantas. 136(2):2900-12. DOI: 10.1104/pp.104.046979

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La hormona vegetal etileno regula muchos aspectos del crecimiento y desarrollo. Las mutaciones de pérdida de función en ETHYLENE INSENSITIVE2 (EIN2) dan como resultado la insensibilidad al etileno en Arabidopsis, lo que indica un papel esencial de EIN2 en la señalización de etileno. Sin embargo, se sabe poco sobre el papel de EIN2 en especies distintas de Arabidopsis. Para obtener una mejor comprensión de EIN2, se aisló un homólogo de petunia (Petunia x hybrida cv Mitchell Diploid [MD]) del gen Arabidopsis EIN2 (PhEIN2), y se analizó el papel de PhEIN2 en una amplia gama de respuestas de plantas al etileno, muchos que no ocurren en Arabidopsis. El ARNm de PhEIN2 estuvo presente en niveles variables en los tejidos examinados, y la expresión de PhEIN2 disminuyó después del tratamiento con etileno en los pétalos. Estos resultados indican que la expresión de ARNm de PhEIN2 está regulada espacial y temporalmente en petunia durante el desarrollo de la planta. Las plantas de petunia transgénicas con expresión reducida de PhEIN2 se compararon con plantas de petunia MD de tipo salvaje y plantas de petunia insensibles al etileno que expresan el gen Arabidopsis etr1-1 para varios procesos fisiológicos. Tanto las plantas transgénicas PhEIN2 como etr1-1 exhibieron retrasos significativos en la senescencia de las flores y la maduración de la fruta, inhibieron la formación de raíces adventicias y pelos de raíces de plántulas, muerte prematura y aumentaron la longitud del hipocótilo en ensayos de respuesta de etileno de plántulas en comparación con MD. Se lograron niveles moderados o fuertes de reducción en la sensibilidad al etileno con la expresión de los transgenes etr1-1 y PhEIN2, medidos por la expresión aguas abajo de PhEIL1. Estos resultados demuestran que PhEIN2 media las señales de etileno en una amplia gama de procesos fisiológicos y también indican el papel central de EIN2 en la transducción de señales de etileno.

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La bacteria fitopatógena Ralstonia solanacearum requiere motilidad para una virulencia completa, y su flagelina es un patrón molecular asociado a patógenos candidatos que puede provocar las defensas de las plantas. Los extractos hervidos de R. solanacearum contenían un fuerte inductor de respuestas asociadas a la defensa. Sin embargo, la flagelina de R. solanacearum no es este inductor, porque los extractos de bacterias de tipo salvaje y los mutantes fliC o flhDC defectuosos en la producción de flagelina provocaron respuestas similares en las plantas. Igualmente importante, la R. solanacearum viva provocó una enfermedad similar en el ecotipo Col-0 de Arabidopsis, independientemente de la presencia de flagelina en la bacteria o del sistema de reconocimiento de flagelina mediado por FLS2 en la planta. A diferencia del péptido de flagelina flg22 previamente estudiado, un péptido basado en el segmento N-terminal conservado correspondiente de R. solanacearum, la flagelina no provocó ninguna respuesta de las plántulas de Arabidopsis. Por lo tanto, el reconocimiento de flagelina no juega un papel evidente en este patosistema. La flagelina tampoco fue el principal inductor de respuestas en el tabaco. La principal actividad desencadenante en los extractos hervidos de R. solanacearum aplicados a Arabidopsis se atribuyó a una o más proteínas distintas de la flagelina, incluidas las especies que purifican a aproximadamente 5 a 10 kDa y también a masas moleculares más grandes, posiblemente debido a la agregación. La producción de esta actividad desencadenante no requirió hrpB (regulador positivo de secreción de tipo III), pehR (regulador positivo de producción y motilidad de poligalacturonasa), gspM (vía de secreción general) o phcA (regulador de virulencia global de tipo LysR). R. solanacearum de tipo salvaje fue virulento en Arabidopsis a pesar de la presencia de este elicitor en los extractos de patógenos.

Chen, JG, Pandey, S., Huang, J., Alonso, JM, Ecker, J.R., Assmann, SM, Jones, AM GCR1 puede actuar independientemente de la proteína G heterotrimérica en respuesta a los brasinoesteroides y las giberelinas en la germinación de semillas de Arabidopsis. (2004) Fisiología de las plantas. 135(2):907-15. DOI: 10.1104/pp.104.038992

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Los estudios con mutantes en cuatro miembros de la familia de fitocromos (phy) de Arabidopsis de cinco miembros (phyA, phyB, phyD y phyE) han revelado funciones fotosensoriales y/o fisiológicas diferenciales entre ellos, pero la identificación de un mutante phyC ha resultado difícil de alcanzar. Ahora informamos el aislamiento de múltiples alelos mutantes phyC utilizando estrategias de genética inversa. El análisis molecular muestra que estos mutantes tienen niveles indetectables de proteína phyC, lo que sugiere que son nulos para el fotorreceptor. Las plántulas mutantes phyC eran indistinguibles de las plántulas de tipo salvaje bajo luz roja lejana constante (FRc), y la deficiencia de phyC no tuvo efecto en el fondo mutante phyA bajo FRc, lo que sugiere que phyC no participa en el control de la eliminación de plántulas bajo FRc. Sin embargo, cuando se cultivaron bajo luz roja constante (Rc), las plántulas phyC exhibieron una pérdida parcial de sensibilidad, observable como hipocotilos más largos y cotiledones más pequeños que los observados en el tipo salvaje. Aunque menos grave, este fenotipo se asemeja al efecto de las mutaciones de phyB en la fotorrespuesta, lo que indica que ambos fotorreceptores funcionan en la regulación de la eliminación de plántulas en respuesta a Rc. Por otro lado, los mutantes dobles phyB phyC no mostraron ninguna disminución aparente en la sensibilidad a Rc en comparación con las plántulas phyB, lo que indica que la mutación phyC en el fondo deficiente en phyB no tiene un efecto aditivo. Estos resultados sugieren que phyB es necesaria para la función de phyC. Esta dependencia funcional se correlaciona con niveles constitutivamente más bajos de phyC observados en el mutante phyB en comparación con el tipo salvaje, una disminución que parece estar regulada postranscripcionalmente. Los mutantes de phyC florecieron temprano cuando se cultivaron en fotoperíodos de días cortos, lo que indica que phyC juega un papel en la percepción de la duración del día. Las plantas dobles mutantes phyB phyC florecieron de manera similar a las plantas phyB, lo que indica que en el contexto de phyB, la deficiencia de phyC no acelera más la floración. Bajo fotoperíodos de día largo, las plantas doblemente mutantes phyA phyC florecieron más tarde que las plantas phyA, lo que sugiere que phyC es capaz de promover la floración en ausencia de phyA. Juntos, estos resultados sugieren que phyC participa en la fotomorfogénesis a lo largo del ciclo de vida de la planta, con una especificidad fotosensorial similar a la de phyB/D/E y con un patrón complejo de diafonía diferencial con phyA y phyB en la fotorregulación de múltiples desarrollos. procesos.

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Los promotores de una variedad de genes de plantas se caracterizan por la presencia de una caja G (CCACGTGG) o motivos de ADN estrechamente relacionados. Estos genes suelen exhibir características de expresión bastante diversas y, en muchos casos, se ha demostrado que la secuencia de la caja G es esencial para la expresión. La caja G del gen Arabidopsis rbcS-1A está unida por una proteína, GBF, identificada en extractos nucleares de plantas. Aquí informamos el aislamiento de tres clones de ADNc de Arabidopsis thaliana que codifican proteínas GBF denominadas GBF1, GBF2 y GBF3. El ARNm de GBF1 y GBF2 está presente en las hojas que crecen en la luz y en la oscuridad, así como en las raíces. Por el contrario, el ARNm de GBF3 se encuentra principalmente en hojas oscuras y en raíces. Las secuencias de aminoácidos deducidas de los tres ADNc indican que cada uno codifica una proteína cremallera básica/leucina. Además, las tres proteínas se caracterizan por un dominio rico en prolina N-terminal. Los homodímeros de las tres proteínas reconocen específicamente el motivo de la caja G, con GBF1 y GBF3 uniéndose simétricamente a esta secuencia palindrómica. Por el contrario, GBF2 se une a la secuencia simétrica de la caja G de tal manera que la yuxtaposición de la proteína y el elemento de ADN es claramente asimétrica y, por lo tanto, distinta de la observada para las otras dos proteínas. El hecho de que GBF1, GBF2 y GBF3 posean propiedades de unión al ADN y características de expresión distintas nos lleva a considerar la idea de que estas proteínas pueden mediar individualmente distintas subclases de propiedades de expresión asignadas a la caja G. Además, demostramos que GBF1, GBF2 y GBF3 se heterodimerizan y estos heterodímeros también interactúan con la caja G, lo que sugiere un mecanismo potencial para generar diversidad adicional a partir de estas proteínas GBF.

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José Ecker, PhD

Instituto Salk de Estudios Biológicos - Publicaciones Joe Ecker

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