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Detection of Histone Modifications in Plant Leaves

Chromatin structure is important for the regulation of gene expression in eukaryotes. In this process, chromatin remodeling, DNA methylation, and covalent ...

The maize C(4)-Pepc gene is expressed in an organ- and cell-type-specific manner, inducible by light and modulated by nutrient availability and the metabolic state of the cell. We studied the contribution of histone acetylation at five lysine residues to the integration of these signals into a graduated promoter response. In roots and coleoptiles, where the gene is constitutively inactive, three of the five lysines were acetylated and the modifications showed unique patterns with respect to their distribution on the gene. A similar pattern was observed in etiolated leaves, where the gene is poised for activation by light. Here, illumination selectively induced the acetylation of histone H4 lysine 5 and histone H3 lysine 9 in both the promoter and the transcribed region, again with unique distribution patterns. Induction was independent of transcription and fully reversible in the dark. Nitrate and hexose availability modulated acetylation of all five lysines restricted to a distal promoter region, whereas proximal promoter acetylation was highly resistant to these stimuli. Our data suggest that light induction of acetylation is controlled by regulating HDAC activity, whereas metabolic signals regulate HAT activity. Acetylation turnover rates were high in the distal promoter and the transcribed regions, but low on the proximal promoter. On the basis of these results, we propose a model with three levels of stimulus-induced histone modifications that collectively adjust promoter activity. The results support a charge neutralization model for the distal promoter and a stimulus-mediated, but transcription-independent, histone acetylation pattern on the core promoter, which might be part of a more complex histone code.

Developmental and environmental signals induce distinct histone acetylation profiles on distal and proximal promoter elements of the C4-Pepc gene in maize.

Das Maize C 4-Pepc gen dr&uuml;ckt sich in einer Orgel und Zelle-Typ-spezifische Weise durch Induktion durch Licht und modulierte von N&auml;hrstoff-Verf&uuml;gbarkeit und die metabolischen Zustand der Zelle. Wir studierten den Beitrag der Histon-Acetylierung auf f&uuml;nf Lysin R&uuml;ckst&auml;nde zur Integration dieser Signale in einer abgestuften Projekttr&auml;ger-Antwort. Wurzeln und Keimscheide, wo das Gen konstitutiv inaktiv ist, wurden drei der f&uuml;nf Lysin acetylierte und die &Auml;nderungen zeigte einzigartige Muster in Bezug auf ihre Verteilung auf die gen. Ein &auml;hnliches Muster wurde in etiolated geht, beobachtet, wo das Gen f&uuml;r die Aktivierung durch Licht bereit ist. Hier induzierte Beleuchtung selektiv die Acetylierung von Histon H4 Lysin 5 und Histon H3 Lysin 9 in der Projekttr&auml;ger und der transkribierten Region wieder mit einzigartigen Verteilungsmuster. Induktion war unabh&auml;ngig von Transkription und vollst&auml;ndig reversible im Dunkeln. Verf&uuml;gbarkeit von Nitrat und Hexosen moduliert Acetylierung von allen f&uuml;nf Lysin auf eine distale Promotor-Region beschr&auml;nkt, w&auml;hrend proximale Promotor Acetylierung &auml;u&szlig;erst resistent gegen diese Reize war. Unsere Daten zeigen, dass Licht Induktion der Acetylierung durch Regulierung HDAC-Aktivit&auml;t, kontrolliert wird, w&auml;hrend die metabolische Signale Hut-Aktivit&auml;t zu regulieren. Acetylierung Umsatz Preise waren hoch in der distalen Projekttr&auml;ger und transkribierten Regionen, aber tief auf der proximalen Projekttr&auml;ger. Ausgehend von diesen Ergebnissen schlagen wir ein Modell mit drei Ebenen Impulse induziert Histon-Modifikationen, die kollektiv Promotor-Aktivit&auml;t anpassen. Die Ergebnisse unterst&uuml;tzen ein kostenlos-Neutralisierung-Modell f&uuml;r die distale Projekttr&auml;ger und ein Reiz-vermittelte, aber unabh&auml;ngig von Transkription und Histon-Acetylierung-Muster auf der Kern-Projekttr&auml;ger, der Teil eines komplexeren Histon-Code m&ouml;glicherweise.

Entwicklungs- und umweltpolitischen Signale induzieren unterschiedliche Histon Acetylierung Profile auf distale und proximale Promotor Elemente im C4-Pepc-gen in Mais.

In plants and animals, induced resistance (IR) to biotic and abiotic stress is associated with priming of cells for faster and stronger activation of defense responses. It has been hypothesized that cell priming involves accumulation of latent signaling components that are not used until challenge exposure to stress. However, the identity of such signaling components has remained elusive. Here, we show that during development of chemically induced resistance in Arabidopsis thaliana, priming is associated with accumulation of mRNA and inactive proteins of mitogen-activated protein kinases (MPKs), MPK3 and MPK6. Upon challenge exposure to biotic or abiotic stress, these two enzymes were more strongly activated in primed plants than in nonprimed plants. This elevated activation was linked to enhanced defense gene expression and development of IR. Strong elicitation of stress-induced MPK3 and MPK6 activity is also seen in the constitutive priming mutant edr1, while activity was attenuated in the priming-deficient npr1 mutant. Moreover, priming of defense gene expression and IR were lost or reduced in mpk3 or mpk6 mutants. Our findings argue that prestress deposition of the signaling components MPK3 and MPK6 is a critical step in priming plants for full induction of defense responses during IR.

Mitogen-activated protein kinases 3 and 6 are required for full priming of stress responses in Arabidopsis thaliana.

In Pflanzen und Tieren ist die induzierte Resistenz (IR) gegen biotische und abiotische Stress Grundierung von Zellen f&uuml;r schnellere und st&auml;rkere Aktivierung der Verteidigung Antworten zugeordnet. Es hat vermutet worden, dass die Zelle Grundierung Anh&auml;ufung von latenter Signalling Komponenten beinhaltet, die nicht bis Provokationsexposition verwendet werden, um zu betonen. Die Identit&auml;t dieser Signalisierung Komponenten blieben jedoch tr&uuml;gerisch. Hier zeigen wir, dass bei Entwicklung von chemisch induzierten Widerstand in Arabidopsis Thaliana, Grundierung Anh&auml;ufung von mRNA und inaktive Proteine von Mitogen-aktivierte Proteinkinasen (MPKs), MPK3 und MPK6 zugeordnet ist. Bei Provokationsexposition auf biotische und abiotische Belastung wurden diese zwei Enzyme in grundierter Pflanzen als nonprimed Pflanzen st&auml;rker aktiviert. Diese erh&ouml;hten Aktivierung war mit verbesserte Verteidigung-Genexpression und Entwicklung von IR. verbunden. Starke Erhebung von Stress-induzierte MPK3 und MPK6-Aktivit&auml;t ist auch in der konstitutiven Grundierung mutant edr1, gesehen, w&auml;hrend Aktivit&auml;t in der Grundierung-defizienten npr1 Mutant abgeschw&auml;cht wurde. Dar&uuml;ber hinaus wurden Grundierung von Verteidigung-Genexpression und IR verloren oder in mpk3 oder mpk6-Mutanten reduziert. Unsere Befunde argumentieren, dass mit Vorspannung Absetzung der Signalisierung Komponenten MPK3 und MPK6 ein entscheidender Schritt im Grundierung Pflanzen f&uuml;r vollst&auml;ndige Induktion der Verteidigung Antworten w&auml;hrend der IR. ist

Mitogen-aktivierte Proteinkinasen 3 und 6 sind f&uuml;r volle Grundierung Stress-Reaktionen in der Arabidopsis Thaliana erforderlich.

Priming of defence genes for amplified response to secondary stress can be induced by application of the plant hormone salicylic acid or its synthetic analogue acibenzolar S-methyl. In this study, we show that treatment with acibenzolar S-methyl or pathogen infection of distal leaves induce chromatin modifications on defence gene promoters that are normally found on active genes, although the genes remain inactive. This is associated with an amplified gene response on challenge exposure to stress. Mutant analyses reveal a tight correlation between histone modification patterns and gene priming. The data suggest a histone memory for information storage in the plant stress response.

Chromatin modification acts as a memory for systemic acquired resistance in the plant stress response.

Grundierung der Verteidigung, die Gene f&uuml;r verst&auml;rkte Reaktion auf sekund&auml;re Stress durch Anwendung der Salicyls&auml;ure Phytohormon oder seine synthetische Analoge Acibenzolar-S-Methyl induziert werden k&ouml;nnen. In dieser Studie, wir zeigen, dass die Behandlung mit Acibenzolar-S-Methyl oder Pathogen Infektion der distalen Bl&auml;tter induzieren Chromatin Modifikationen auf Verteidigung-gen-Promotoren, die normalerweise auf aktive Gene gefunden werden, obwohl die Gene inaktiv bleiben. Dies ist verbunden mit einer verst&auml;rkten gen Antwort auf Provokationsexposition betonen. Mutante Analysen zeigen eine enge Korrelation zwischen Histon &Auml;nderung Muster und gen-Grundierung. Die Daten zeigen einen Histon-Speicher f&uuml;r Informationen in die Pflanze Stress-Reaktion.

Article	Year
Developmental and environmental signals induce distinct histone acetylation profiles on distal and proximal promoter elements of the C4-Pepc gene in maize. Genetics\| PubMed ID: 18689888	2008
Mitogen-activated protein kinases 3 and 6 are required for full priming of stress responses in Arabidopsis thaliana. The Plant cell\| PubMed ID: 19318610	2009
Chromatin modification acts as a memory for systemic acquired resistance in the plant stress response. EMBO reports\| PubMed ID: 21132017	2011

Michal Jaskiewicz

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