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Efficient and Rapid Isolation of Early-stage Embryos from <em>Arabidopsis thaliana</em> Seeds

In flowering plants, the embryo develops within a nourishing tissue - the endosperm - surrounded by the maternal seed integuments (or seed coat). As a ...

University of Zürich

Genomic imprinting results in monoallelic gene expression in a parent-of-origin-dependent manner. It is achieved by the differential epigenetic marking of parental alleles. Over the past decade, studies in the model systems Arabidopsis thaliana and maize (Zea mays) have shown a strong correlation between silent or active states with epigenetic marks, such as DNA methylation and histone modifications, but the nature of the primary imprint has not been clearly established for all imprinted genes. Phenotypes and expression patterns of imprinted genes have fueled the perception that genomic imprinting is specific to the endosperm, a seed tissue that does not contribute to the next generation. However, several lines of evidence suggest a potential role for imprinting in the embryo, raising questions as to how imprints are erased and reset from one generation to the next. Imprinting regulation in flowering plants shows striking similarities, but also some important differences, compared with the mechanisms of imprinting described in mammals. For example, some imprinted genes are involved in seed growth and viability in plants, which is similar in mammals, where imprinted gene regulation is essential for embryonic development. However, it seems to be more flexible in plants, as imprinting requirements can be bypassed to allow the development of clonal offspring in apomicts.

Regulation and flexibility of genomic imprinting during seed development.

L&#39;empreinte g&eacute;nomique se traduit par l&#39;expression des g&egrave;nes monoallelic mani&egrave;re parent-de-origine-d&eacute;pendante. Il est r&eacute;alis&eacute; par le marquage &eacute;pig&eacute;n&eacute;tique diff&eacute;rentiel des all&egrave;les parentaux. Ces dix derni&egrave;res ann&eacute;es, dans les syst&egrave;mes de mod&egrave;le Arabidopsis thaliana et le ma&iuml;s (Zea mays), ont d&eacute;montr&eacute; une forte corr&eacute;lation entre &Eacute;tats silencieuses ou actives avec les marques &eacute;pig&eacute;n&eacute;tiques, telles que la m&eacute;thylation de l&#39;ADN et des modifications d&#39;histone, mais la nature de l&#39;empreinte primaire n&#39;a pas &eacute;t&eacute; clairement &eacute;tablie pour tous les g&egrave;nes imprim&eacute;s. Ph&eacute;notypes et profils d&#39;expression des g&egrave;nes imprim&eacute;s ont aliment&eacute; la perception que l&#39;empreinte g&eacute;nomique est sp&eacute;cifique &agrave; l&#39;endosperme, un tissu de semences qui ne contribue pas &agrave; la prochaine g&eacute;n&eacute;ration. Cependant, plusieurs sources de donn&eacute;es sugg&egrave;rent un r&ocirc;le potentiel pour empreinte chez l&#39;embryon, soulevant la question de savoir comment les empreintes sont effac&eacute;es et r&eacute;initialisation d&#39;une g&eacute;n&eacute;ration &agrave; l&#39;autre. R&egrave;glement de l&#39;empreinte chez les angiospermes montre des ressemblances frappantes, mais aussi quelques diff&eacute;rences importantes, par rapport aux m&eacute;canismes d&#39;impression d&eacute;crite chez les mammif&egrave;res. Par exemple, certains g&egrave;nes imprim&eacute;s sont impliqu&eacute;s dans la croissance de la graine et la viabilit&eacute; chez les plantes, qui est similaire chez les mammif&egrave;res, o&ugrave; la r&eacute;gulation g&eacute;nique imprim&eacute;s est essentielle pour le d&eacute;veloppement embryonnaire. Cependant, il semble &ecirc;tre plus souple dans les plantes, comme les exigences d&#39;impression peut &ecirc;tre contourn&eacute; pour permettre le d&eacute;veloppement de la prog&eacute;niture clonale chez apomictiques.

R&eacute;glementation et la flexibilit&eacute; de l&#39;empreinte g&eacute;nomique au cours du d&eacute;veloppement de la graine.

Imprinting genomico risultati nell&#39;espressione del gene monoallelic in modo padre-di-origine-dipendente. &Egrave; realizzato dalla marcatura epigenetica differenziale degli alleli dei genitori. Nell&#39;ultimo decennio, gli studi nel modello sistemi Arabidopsis thaliana e mais (Zea mays) hanno dimostrato una forte correlazione tra Stati silenziosi o attivi con marchi epigenetici, come metilazione del DNA e le modifiche dell&#39;istone, ma la natura dell&#39;impronta primaria non &egrave; stato chiaramente stabilita per tutti i geni impresso. Fenotipi e pattern di espressione dei geni impresso hanno alimentato la percezione che l&#39;imprinting genomico &egrave; specifico per l&#39;endosperma, un tessuto di seme che non contribuiscono alla generazione successiva. Tuttavia, parecchie linee di prova suggeriscono un ruolo potenziale per imprinting nell&#39;embrione, raccolta di domande per quanto riguarda come impronte vengono cancellati e reimpostare da una generazione alla successiva. Regolamento di imprinting in piante di fioritura Mostra sorprendenti analogie, ma anche alcune importanti differenze, confrontate con i meccanismi dell&#39;imprinting descritto nei mammiferi. Per esempio, alcuni impresso geni sono coinvolti nella crescita del seme e redditivit&agrave; nelle piante, che &egrave; simile nei mammiferi, dove la regolazione genica impresso &egrave; essenziale per lo sviluppo embrionale. Tuttavia, sembra essere pi&ugrave; flessibile nelle piante, come requisiti l&#39;imprinting pu&ograve; essere aggirato per consentire lo sviluppo della prole clonale in apomicts.

Regolamento e flessibilit&agrave; di imprinting genomico durante lo sviluppo del seme.

Plants and animals reproduce sexually via specialized, highly differentiated gametes. Yet, gamete formation drastically differs between the two kingdoms. In flowering plants, the specification of cells destined to enter meiosis occurs late in development, gametic and accessory cells are usually derived from the same meiotic product, and two distinct female gametes involved in double fertilization differentiate. This poses fascinating questions in terms of gamete development and the associated epigenetic processes. Although studies in this area remain at their infancy, it becomes clear that large-scale epigenetic reprogramming, involving RNA-directed DNA methylation, chromatin modifications, and nucleosome remodeling, contributes to the establishment of transcriptionally repressive or permissive epigenetic landscapes. Furthermore, a role for small RNAs in the regulation of transposable elements during gametogenesis is emerging.

Epigenetic regulation and reprogramming during gamete formation in plants.

Plantes et animaux reproduction sexu&eacute;e par l&#39;interm&eacute;diaire de gam&egrave;tes sp&eacute;cialis&eacute;es et hautement diff&eacute;renci&eacute;s. Pourtant, la formation des gam&egrave;tes diff&egrave;re radicalement entre les deux royaumes. Chez les angiospermes, la sp&eacute;cification des cellules destin&eacute;es &agrave; entrer dans la m&eacute;iose survient tardivement dans le d&eacute;veloppement, gam&eacute;tique et cellules accessoires proviennent normalement le m&ecirc;me produit m&eacute;iotique et diff&eacute;rencient les deux gam&egrave;tes femelles distincts impliqu&eacute;s dans la double f&eacute;condation. Cela pose des questions fascinantes en termes de d&eacute;veloppement de gam&egrave;tes et les processus &eacute;pig&eacute;n&eacute;tiques. &Eacute;tudes dans ce domaine sont encore &agrave; leurs balbutiements, il devient &eacute;vident que la reprogrammation &eacute;pig&eacute;n&eacute;tique &agrave; grande &eacute;chelle, impliquant la m&eacute;thylation ADN ARN-dirig&eacute;, les modifications de la chromatine et transformant le nucl&eacute;osome, contribue &agrave; la cr&eacute;ation de paysages &eacute;pig&eacute;n&eacute;tiques transcriptionally r&eacute;pressives ou permissives. En outre, un r&ocirc;le pour les petits ARN dans la r&eacute;gulation des &eacute;l&eacute;ments transposables au cours de la gam&eacute;togen&egrave;se fait son apparition.

R&eacute;gulation &eacute;pig&eacute;n&eacute;tique et reprogrammation pendant la formation des gam&egrave;tes chez les plantes.

Piante e animali si riproducono sessualmente tramite gameti specializzati, altamente differenziate. Eppure, formazione di gameti drasticamente differisce tra i due regni. Nelle piante, la specifica delle cellule destinati ad per entrare in meiosi si verifica ritardo nello sviluppo, gametic accessorio cellule solitamente sono derivate dal prodotto stesso meiotica e differenziano due distinti gameti femminili coinvolti nella doppia fecondazione. Ci&ograve; pone domande affascinanti in termini di sviluppo di gameti e i processi epigenetici associati. Sebbene gli studi in questo settore rimangono alla loro infanzia, diventa chiaro che su larga scala riprogrammazione epigenetica, che coinvolgono il DNA RNA-diretto metilazione, modificazioni della cromatina e rimodellamento nucleosoma, contribuisce alla creazione di paesaggi epigenetici transcriptionally repressive o permissive. Inoltre, sta emergendo un ruolo per piccolo RNAs nel regolamento di elementi trasponibili durante gametogenesis.

Regolazione epigenetica e riprogrammazione durante la formazione del gamete nelle piante.

Defining the contributions and interactions of paternal and maternal genomes during embryo development is critical to understand the fundamental processes involved in hybrid vigor, hybrid sterility, and reproductive isolation. To determine the parental contributions and their regulation during Arabidopsis embryogenesis, we combined deep-sequencing-based RNA profiling and genetic analyses. At the 2-4 cell stage there is a strong, genome-wide dominance of maternal transcripts, although transcripts are contributed by both parental genomes. At the globular stage the relative paternal contribution is higher, largely due to a gradual activation of the paternal genome. We identified two antagonistic maternal pathways that control these parental contributions. Paternal alleles are initially downregulated by the chromatin siRNA pathway, linked to DNA and histone methylation, whereas transcriptional activation requires maternal activity of the histone chaperone complex CAF1. Our results define maternal epigenetic pathways controlling the parental contributions in plant embryos, which are distinct from those regulating genomic imprinting.

Maternal epigenetic pathways control parental contributions to Arabidopsis early embryogenesis.

D&eacute;finir les contributions et les interactions entre les g&eacute;nomes paternels et maternels au cours du d&eacute;veloppement de l&#39;embryon est essentiel de comprendre les processus fondamentaux impliqu&eacute;s dans la vigueur hybride, st&eacute;rilit&eacute; des hybrides et isolement reproductif. Pour d&eacute;terminer la contribution parentale et leur r&egrave;glement au cours de l&#39;embryogen&egrave;se de l&#39;Arabidopsis, nous avons combin&eacute; profond-s&eacute;quen&ccedil;age-RNA profilage et g&eacute;n&eacute;tiques analyses bas&eacute;es sur. Au stade 2-4 cellules, il y a une dominance forte, g&eacute;nome entier de transcriptions maternelles, bien que les transcriptions ont &eacute;t&eacute; fournies par les deux g&eacute;nomes parentaux. Au stade globulaire, la contribution relative de paternelle est plus &eacute;lev&eacute;e, en grande partie due &agrave; une activation progressive du g&eacute;nome paternel. Nous avons identifi&eacute; deux voies maternelles antagonistes qui contr&ocirc;lent ces contributions parentales. Les all&egrave;les paternels sont initialement r&eacute;prim&eacute;s par la voie de siRNA de chromatine, li&eacute;e &agrave; la m&eacute;thylation de l&#39;ADN et les histones, tandis que l&#39;activation de la transcription exige une activit&eacute; maternelle de l&#39;histone chaperonner CAF1 complexe. Nos r&eacute;sultats d&eacute;finissent des voies &eacute;pig&eacute;n&eacute;tiques maternelles contr&ocirc;lant la contribution parentale chez les embryons de plantes, qui sont distinctes de celles r&eacute;glementant l&#39;empreinte g&eacute;nomique.

Maternelles voies &eacute;pig&eacute;n&eacute;tiques contr&ocirc;lent parentales contributions au d&eacute;but de l&#39;embryogen&egrave;se Arabidopsis.

Definire i contributi e le interazioni del genoma paterno e materno durante lo sviluppo embrionale &egrave; fondamentale per comprendere i processi fondamentali coinvolti in vigore ibrido, sterilit&agrave; ibrido e isolamento riproduttivo. Per determinare i contributi dei genitori e la loro regolazione durante l&#39;embriogenesi Arabidopsis, siamo combinati basati su deep-sequenziamento RNA analisi genetiche analisi e. Fase la cella 2-4 c&#39;&egrave; una forte, genome-wide dominanza delle trascrizioni materne, anche se le trascrizioni sono inviate da due genomi parentali. Nella fase globulare il relativo contributo paterno &egrave; superiore, in gran parte a causa di un graduale attivazione del genoma paterno. Abbiamo individuato due percorsi materne antagonistiche che controllano questi contributi dei genitori. Alleli paterni sono inizialmente downregolata con il sentiero della cromatina siRNA, legato alla metilazione del DNA e dell&#39;istone, considerando che l&#39;attivazione trascrizionale richiede attivit&agrave; materna dell&#39;istone accompagnatore CAF1 complesso. I nostri risultati definiscono percorsi epigenetici materne controllando i contributi dei genitori in embrioni vegetali, che sono distinti da quelle che regolano imprinting genomico.

Materne percorsi epigenetici controllano parentali contributi all&#39;embriogenesi precoce di Arabidopsis.

Nous pr&eacute;sentons une m&eacute;thode g&eacute;n&eacute;ralement applicable permettant l&#39;identification rapide des all&egrave;les causals dans les g&eacute;nomes mutag&eacute;nis&eacute;s par s&eacute;quen&ccedil;age de nouvelle g&eacute;n&eacute;ration. Approches actuellement utilis&eacute;es reposent sur r&eacute;cup&eacute;ration homozygotes ou vaste r&eacute;trocroisement. En revanche, cartographie de SNP-ratio permet le clonage rapide de mutations l&eacute;tales ou mal transmises et des modificateurs de seconde-site, qui sont souvent dans des origines g&eacute;n&eacute;tiques/transg&eacute;niques complexes.

SNP-rapport Mapping (MRS): identifier les all&egrave;les l&eacute;taux et mutations dans les ant&eacute;c&eacute;dents g&eacute;n&eacute;tiques complexes par s&eacute;quen&ccedil;age de nouvelle g&eacute;n&eacute;ration.

Vi presentiamo un metodo generalmente applicabile, permettendo la rapida identificazione degli alleli causali in genomi mutagenized sequenziamento di nuova generazione. Approcci attualmente in uso si basano sul recupero omozigoti o retroincroci estesa. Al contrario, mapping di SNP-rapporto permette di clonazione rapida di mutazioni letali e/o mal trasmesse e modificatori secondo sito, che spesso sono nel complesso background genetico/transgenici.

SNP-rapporto Mapping (SRM): identificazione di alleli letali e mutazioni nel complesso background genetico di sequenziamento di nuova generazione.

We present a generally applicable method allowing rapid identification of causal alleles in mutagenized genomes by next-generation sequencing. Currently used approaches rely on recovering homozygotes or extensive backcrossing. In contrast, SNP-ratio mapping allows rapid cloning of lethal and/or poorly transmitted mutations and second-site modifiers, which are often in complex genetic/transgenic backgrounds.

SNP-Ratio Mapping (SRM): identifying lethal alleles and mutations in complex genetic backgrounds by next-generation sequencing.

Genomic imprinting is exclusive to mammals and seed plants and refers to parent-of-origin-dependent, differential transcription. As previously shown in mammals, studies in Arabidopsis have implicated DNA methylation as an important hallmark of imprinting. The current model suggests that maternally expressed imprinted genes, such as MEDEA (MEA), are activated by the DNA glycosylase DEMETER (DME), which removes DNA methylation established by the DNA methyltransferase MET1. We report the systematic functional dissection of the MEA cis-regulatory region, resulting in the identification of a 200-bp fragment that is necessary and sufficient to mediate MEA activation and imprinted expression, thus containing the imprinting control region (ICR). Notably, imprinted MEA expression mediated by this ICR is independent of DME and MET1, consistent with the lack of any significant DNA methylation in this region. This is the first example of an ICR without differential DNA methylation, suggesting that factors other than DME and MET1 are required for imprinting at the MEA locus.

Identification of a DNA methylation-independent imprinting control region at the Arabidopsis MEDEA locus.

L&#39;empreinte g&eacute;nomique est une exclusivit&eacute; de mammif&egrave;res et de plantes &agrave; graines et se r&eacute;f&egrave;re &agrave; la transcription de parent-d&#39;origine-d&eacute;pendante, diff&eacute;rentielle. Comme d&eacute;montr&eacute; pr&eacute;c&eacute;demment chez les mammif&egrave;res, studies in Arabidopsis ont mis en cause la m&eacute;thylation de l&#39;ADN comme une marque importante d&#39;empreinte. Le mod&egrave;le actuel sugg&egrave;re que maternellement exprim&eacute;s g&egrave;nes imprim&eacute;s, tels que M&eacute;d&eacute;e (MEA), sont activ&eacute;s par la DNA glycosylase DEMETER (DME), qui supprime la m&eacute;thylation de l&#39;ADN par l&#39;ADN m&eacute;thyltransf&eacute;rase MET1. Nous rapportons la dissection fonctionnelle syst&eacute;matique de la r&eacute;gion cis-r&eacute;gulatrice de la MEA, ayant pour r&eacute;sultat l&#39;identification d&#39;un fragment de 200 PB qui est n&eacute;cessaire et suffisant de m&eacute;diation activation MEA et expression imprim&eacute;e, contenant ainsi l&#39;empreinte contr&ocirc;le r&eacute;gion (ICR). Notamment, les imprim&eacute;s expression MEA v&eacute;hicul&eacute;e par cette ICR est ind&eacute;pendante de DME et MET1, confirment l&#39;absence de toute importante m&eacute;thylation de l&#39;ADN dans cette r&eacute;gion. C&#39;est le premier exemple d&#39;un ICR sans diff&eacute;rentielle m&eacute;thylation de l&#39;ADN, ce qui sugg&egrave;re que des facteurs autres que le DME et MET1 sont requis pour l&#39;impr&eacute;gnation du locus de MEA.

Identification d&#39;un ADN ind&eacute;pendant m&eacute;thylation de l&#39;impr&eacute;gnation de la r&eacute;gion de contr&ocirc;le du locus de l&#39;Arabidopsis MEDEA.

Imprinting genomico &egrave; esclusiva per i mammiferi e piante del seme e si riferisce alla trascrizione differenziale, padre-di-origine-dipendente. Come illustrato in precedenza in mammiferi, studi in Arabidopsis hanno implicato la metilazione del DNA come un importante segno distintivo di imprinting. Il modello attuale suggerisce che maternamente espresso geni impresso, come MEDEA (MEA), sono attivati dal DNA glycosylase Demetra (DME), che rimuove la metilazione del DNA istituita dal DNA metiltransferasi MET1. Riportiamo la sistematica dissezione funzionale della regione cis-regolatori MEA, con conseguente identificazione di un frammento di 200 bp che &egrave; necessario e sufficiente per mediare MEA attivazione ed espressione impresso, quindi contenente l&#39;imprinting di controllo regione (ICR). In particolare, espressione di MEA impresso mediata da questo ICR &egrave; indipendente DME e MET1, coerente con la mancanza di qualsiasi significativa metilazione del DNA in questa regione. Questo &egrave; il primo esempio di un ICR senza differenziali di metilazione del DNA, suggerendo che fattori diversi dal DME e MET1 sono necessari per imprinting presso il locus MEA.

Identificazione di un imprinting regione di controllo presso il locus di Arabidopsis MEDEA indipendente dalla metilazione di DNA.

In flowering plants, double fertilization of the female gametes, the egg and the central cell, initiates seed development to give rise to a diploid embryo and the triploid endosperm. In the absence of fertilization, the FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED Polycomb Repressive ComplexÂ 2 (FIS-PRC2) represses this developmental process by histone methylation of certain target genes. The FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) class genes MEDEA (MEA) and FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) encode two of the core components of this complex. In addition, DNA methylation establishes and maintains the repression of gene activity, for instance via DNA METHYLTRANSFERASE1 (MET1), which maintains methylation of symmetric CpG residues. Here, we demonstrate that Arabidopsis MET1 interacts with MEA in vitro and in a yeast two-hybrid assay, similar to the previously identified interaction of the mammalian homologues DNMT1 and EZH2. MET1 and MEA share overlapping expression patterns in reproductive tissues before and after fertilization, a prerequisite for an interaction in vivo. Importantly, a much higher percentage of central cells initiate endosperm development in the absence of fertilization in mea-1/MEA;Â met1-3/MET1 as compared to mea-1/MEA mutant plants. In addition, DNA methylation at the PHERES1 and MEA loci, imprinted target genes of the FIS-PRC2, was affected in the mea-1 mutant compared with wild-type embryos. In conclusion, our data suggest a mechanistic link between two major epigenetic pathways involved in histone and DNA methylation in plants by physical interaction of MET1 with the FIS-PRC2 core component MEA. This concerted action is relevant for the repression of seed development in the absence of fertilization.

The Polycomb group protein MEDEA and the DNA methyltransferase MET1 interact to repress autonomous endosperm development in Arabidopsis.

Chez les angiospermes, double f&eacute;condation des gam&egrave;tes femelles, l&#39;oeuf et la cellule centrale, initie le d&eacute;veloppement de la graine pour donner naissance &agrave; un embryon diplo&iuml;de et l&#39;endosperme triplo&iuml;de. En l&#39;absence de f&eacute;condation, la graine de fertilisation ind&eacute;pendant Polycomb 2 complexe r&eacute;pressif (FIS-PRC2) r&eacute;prime ce processus de d&eacute;veloppement par la m&eacute;thylation des histones de certains g&egrave;nes cibles. Les g&egrave;nes de classe ind&eacute;pendante de la fertilisation semences (FIS) MEDEA (MEA) et ind&eacute;pendant de fertilisation ENDOSPERME (FIE) encodent deux des composantes essentielles de ce complexe. En outre, m&eacute;thylation de l&#39;ADN &eacute;tablit et maintient la r&eacute;pression de l&#39;activit&eacute; des g&egrave;nes, par exemple par l&#39;interm&eacute;diaire de l&#39;ADN METHYLTRANSFERASE1 (MET1), qui maintient la m&eacute;thylation des r&eacute;sidus de CpG sym&eacute;triques. Ici, nous d&eacute;montrons que l&#39;Arabidopsis MET1 interagit avec MEA in vitro et dans un essai de deux-hybride de levure, semblable &agrave; l&#39;interaction pr&eacute;c&eacute;demment identifi&eacute;e d&#39;homologues mammif&egrave;res DNMT1 et EZH2. MET1 et MEA partagent des profils d&#39;expression qui se chevauchent dans les tissus reproducteurs avant et apr&egrave;s la f&eacute;condation, une condition sine qua non pour une interaction in vivo. Ce qui est important, un pourcentage beaucoup plus &eacute;lev&eacute; de cellules centrales initier de d&eacute;veloppement de l&#39;endosperme en l&#39;absence de f&eacute;condation dans mea-1/MEA ;&nbsp;Met1-3/MET1 par rapport aux plantes mutantes mea-1/MEA. En outre, m&eacute;thylation de l&#39;ADN aux loci PHERES1 et MEA, g&egrave;nes cibles imprim&eacute;s de la FIS-PRC2, &eacute;tait affect&eacute;e chez le mutant de mea-1 par rapport &agrave; des embryons de type sauvage. En conclusion, nos r&eacute;sultats sugg&egrave;rent un lien m&eacute;canique entre les deux principales voies &eacute;pig&eacute;n&eacute;tiques impliqu&eacute;es dans les histones et la m&eacute;thylation de l&#39;ADN chez les plantes par l&#39;interaction physique de MET1 avec la composante de base du FIS-PRC2 MEA. Cette action concert&eacute;e est pertinente pour la r&eacute;pression du d&eacute;veloppement de la graine en l&#39;absence de f&eacute;condation.

La M&eacute;d&eacute;e de prot&eacute;ines Polycomb group et l&#39;ADN m&eacute;thyltransf&eacute;rase MET1 interagissent pour r&eacute;primer le d&eacute;veloppement autonome de l&#39;endosperme chez Arabidopsis.

In piante fiorite, doppia fecondazione dei gameti femminili, l&#39;uovo e la cella centrale, avvia lo sviluppo del seme per dare origine a un embrione diploide e l&#39;endosperma triploide. In assenza di fecondazione, i semi indipendente dalla fecondazione Polycomb Repressive Complex 2 (FIS-PRC2) reprime questo processo di sviluppo di metilazione dell&#39;istone di alcuni geni bersaglio. I geni di classe indipendente dalla fecondazione SEED (FIS) MEDEA (MEA) e indipendente dalla fecondazione ENDOSPERMA (FIE) codificano due dei componenti principali di questo complesso. Inoltre, la metilazione del DNA stabilisce e mantiene la repressione delle attivit&agrave; del gene, per esempio tramite DNA METHYLTRANSFERASE1 (MET1), che mantiene la metilazione dei residui CpG simmetriche. Qui, ci dimostrano che Arabidopsis MET1 interagisce con MEA in vitro e in un dosaggio di due-ibrido di lievito, simile all&#39;interazione precedentemente identificato degli omologhi dei mammiferi DNMT1 ed EZH2. MET1 e MEA condividere sovrapposizione pattern di espressione in tessuti riproduttivi prima e dopo la fecondazione, un prerequisito per un&#39;interazione in vivo. Soprattutto, una percentuale molto pi&ugrave; elevata di celle centrale avviare lo sviluppo di endosperma in assenza di fecondazione nel mea-1/MEA;&nbsp;met1-3/MET1 rispetto alle piante mutanti mea-1/MEA. Inoltre, la metilazione del DNA a loci PHERES1 e MEA, geni bersaglio impresso di FIS-PRC2, &egrave; stata colpita in mutante mea-1 rispetto al wild-type embrioni. In conclusione, i nostri dati suggeriscono un collegamento meccanicistico tra due principali percorsi epigenetici coinvolti in istone e metilazione del DNA nelle piante di interazione fisica di MET1 con il componente di nucleo FIS-PRC2 MEA. Questa azione concertata &egrave; rilevante per la repressione del sviluppo del seme in assenza di fecondazione.

Il MEDEA di proteine Polycomb group e il DNA metiltransferasi MET1 interagiscono per reprimere lo sviluppo autonomo endosperma in Arabidopsis.

In plants and animals, embryo development becomes ultimately controlled by zygotic genes, but the timing of zygotic genome activation (ZGA) varies greatly between organisms. We recently showed that the transcriptome of young Arabidopsis embryos is dominated by maternal transcripts with a progressive ZGA under the maternal control of epigenetic pathways. In contrast, another study reported that both parental genomes contribute equally to the transcriptome of young embryos, suggesting that ZGA occurs immediately after fertilization. How to explain such dramatic differences? We propose that the discrepancies between these two studies likely reflect genuine biological differences between the two experiments, paving the road towards exciting discoveries on ZGA mechanisms in plants.

Parental contributions to the transcriptome of early plant embryos.

Chez les plantes et animaux, d&eacute;veloppement de l&#39;embryon devient ultimement contr&ocirc;l&eacute; par des g&egrave;nes zygotiques, mais le moment de l&#39;activation du g&eacute;nome zygotiques (ZGA) varie grandement entre les organismes. Nous avons montr&eacute; r&eacute;cemment que le transcriptome de jeunes embryons d&#39;Arabidopsis est domin&eacute; par des transcriptions maternelles avec un ZGA progressive sous le contr&ocirc;le maternel des voies &eacute;pig&eacute;n&eacute;tiques. En revanche, une autre &eacute;tude indique que les deux g&eacute;nomes parentaux contribuent &eacute;galement au transcriptome de jeunes embryons, ce qui sugg&egrave;re que ZGA se produit imm&eacute;diatement apr&egrave;s la f&eacute;condation. Comment expliquer ces diff&eacute;rences dramatiques ? Nous proposons que les divergences entre ces deux &eacute;tudes susceptibles de refl&egrave;tent v&eacute;ritables diff&eacute;rences biologiques entre les deux exp&eacute;riences, ouvrant la route vers des d&eacute;couvertes int&eacute;ressantes sur les m&eacute;canismes ZGA chez les plantes.

Contributions parentales pour le transcriptome de jeunes embryons de la plante.

In piante e animali, sviluppo dell&#39;embrione diventa infine controllato da geni zygotic, ma i tempi di attivazione del genoma zygotic (ZGA) variano notevolmente tra gli organismi. Abbiamo recentemente mostrato che transcriptome di giovani embrioni di Arabidopsis &egrave; dominato da trascrizioni materne con un progressivo ZGA sotto il controllo materno di percorsi epigenetici. Al contrario, un altro studio ha riferito che entrambi genomi parentali contribuiscono ugualmente transcriptome di giovani embrioni, suggerendo che ZGA si verifica immediatamente dopo la fecondazione. Come spiegare tali differenze drammatiche? Proponiamo che le discrepanze tra questi due studi probabilmente riflettono genuine differenze biologiche tra i due esperimenti, spianando la strada verso emozionanti scoperte sui meccanismi ZGA nelle piante.

Michael T. Raissig

Institute of Plant Biology and Zürich-Basel Plant Science Center

University of Zürich

Efficient and Rapid Isolation of Early-stage Embryos from Arabidopsis thaliana Seeds

Michael T. Raissig

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University of Zürich

Efficient and Rapid Isolation of Early-stage Embryos from Arabidopsis thaliana Seeds

Institute of Plant Biology and Zürich-Basel Plant Science Center