Published June 1, 2013 | Version v1
Publication Open

Conservation and divergence of transcriptomic and epigenomic variation in maize hybrids

Creators

  • 1. Peking University
  • 2. Yale University
  • 3. Center for Life Sciences
  • 4. Tsinghua University
  • 5. Beijing Normal University
  • 6. National Institute of Biological Sciences, Beijing

Description

Recent genome-wide studies suggested that in addition to genetic variations, epigenetic variations may also be associated with differential gene expression and growth vigor in plant hybrids. Maize is an ideal model system for the study of epigenetic variations in hybrids given the significant heterotic performance, the well-known complexity of the genome, and the rich history in epigenetic studies. However, integrated comparative transcriptomic and epigenomic analyses in different organs of maize hybrids remain largely unexplored.Here, we generated integrated maps of transcriptomes and epigenomes of shoots and roots of two maize inbred lines and their reciprocal hybrids, and globally surveyed the epigenetic variations and their relationships with transcriptional divergence between different organs and genotypes. We observed that whereas histone modifications vary both between organs and between genotypes, DNA methylation patterns are more distinguishable between genotypes than between organs. Histone modifications were associated with transcriptomic divergence between organs and between hybrids and parents. Further, we show that genes up-regulated in both shoots and roots of hybrids were significantly enriched in the nucleosome assembly pathway. Interestingly, 22- and 24-nt siRNAs were shown to be derived from distinct transposable elements, and for different transposable elements in both shoots and roots, the differences in siRNA activity between hybrids and patents were primarily driven by different siRNA species.These results suggest that despite variations in specific genes or genomic loci, similar mechanisms may account for the genome-wide epigenetic regulation of gene activity and transposon stability in different organs of maize hybrids.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

اقترحت الدراسات الحديثة على مستوى الجينوم أنه بالإضافة إلى الاختلافات الجينية، قد ترتبط الاختلافات الجينية أيضًا بالتعبير الجيني التفاضلي وقوة النمو في النباتات الهجينة. الذرة هي نظام نموذجي مثالي لدراسة الاختلافات اللاجينية في الهجينة بالنظر إلى الأداء غير المتجانس الكبير، والتعقيد المعروف للجينوم، والتاريخ الغني في الدراسات اللاجينية. ومع ذلك، لا يزال التحليل النسخي المقارن المتكامل والتحليلات فوق الجينية في أعضاء مختلفة من هجائن الذرة غير مستكشفة إلى حد كبير. هنا، أنشأنا خرائط متكاملة للنسخ والجينات من براعم وجذور اثنين من خطوط الذرة الأصيلة وهجائنها المتبادلة، وقمنا بمسح عالمي للاختلافات فوق الجينية وعلاقاتها مع التباعد النسخي بين الأعضاء والأنماط الجينية المختلفة. لاحظنا أنه في حين تختلف تعديلات الهيستون بين الأعضاء وبين الأنماط الجينية، فإن أنماط مثيلة الحمض النووي أكثر قابلية للتمييز بين الأنماط الجينية منها بين الأعضاء. ارتبطت تعديلات الهستون بالاختلاف النسخي بين الأعضاء وبين الهجينة والآباء. علاوة على ذلك، نظهر أن الجينات التي تم تنظيمها في كل من براعم وجذور الهجينة كانت غنية بشكل كبير في مسار تجميع الجسيمات النووية. ومن المثير للاهتمام، أن الحمض النووي الريبي 22 و 24 - nt قد تبين أنه مشتق من عناصر متميزة قابلة للنقل، وبالنسبة للعناصر المختلفة القابلة للنقل في كل من البراعم والجذور، كانت الاختلافات في نشاط الحمض النووي الريبي بين الهجينة وبراءات الاختراع مدفوعة في المقام الأول بأنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي. تشير هذه النتائج إلى أنه على الرغم من الاختلافات في جينات محددة أو مواضع جينية، فإن آليات مماثلة قد تفسر التنظيم الجيني على مستوى الجينوم لنشاط الجينات واستقرار الترانسبوزون في أعضاء مختلفة من هجينة الذرة.

Translated Description (French)

Des études récentes à l'échelle du génome ont suggéré qu'en plus des variations génétiques, les variations épigénétiques peuvent également être associées à l'expression génique différentielle et à la vigueur de la croissance chez les hybrides végétaux. Le maïs est un système de modèle idéal pour l'étude des variations épigénétiques chez les hybrides compte tenu de la performance hétérotique significative, de la complexité bien connue du génome et de la riche histoire des études épigénétiques. Cependant, les analyses transcriptomiques et épigénomiques comparatives intégrées dans différents organes d'hybrides de maïs restent largement inexplorées. Ici, nous avons généré des cartes intégrées des transcriptomes et des épigénomes des pousses et des racines de deux lignées consanguines de maïs et de leurs hybrides réciproques, et étudié globalement les variations épigénétiques et leurs relations avec la divergence transcriptionnelle entre différents organes et génotypes. Nous avons observé que, tandis que les modifications des histones varient à la fois entre les organes et entre les génotypes, les modèles de méthylation de l'ADN sont plus distinguables entre les génotypes qu'entre les organes. Les modifications des histones ont été associées à une divergence transcriptomique entre les organes et entre les hybrides et les parents. De plus, nous montrons que les gènes régulés à la hausse dans les pousses et les racines des hybrides étaient significativement enrichis dans la voie d'assemblage des nucléosomes. Fait intéressant, il a été démontré que les ARNsi 22 et 24-nt sont dérivés d'éléments transposables distincts, et pour différents éléments transposables dans les pousses et les racines, les différences d'activité des ARNsi entre les hybrides et les brevets ont été principalement entraînées par différentes espèces d'ARNsi. Ces résultats suggèrent que malgré des variations dans des gènes spécifiques ou des locus génomiques, des mécanismes similaires peuvent expliquer la régulation épigénétique à l'échelle du génome de l'activité génique et la stabilité des transposons dans différents organes des hybrides de maïs.

Translated Description (Spanish)

Estudios recientes en todo el genoma sugirieron que, además de las variaciones genéticas, las variaciones epigenéticas también pueden estar asociadas con la expresión génica diferencial y el vigor del crecimiento en los híbridos vegetales. El maíz es un sistema modelo ideal para el estudio de las variaciones epigenéticas en híbridos dado el importante rendimiento heterótico, la conocida complejidad del genoma y la rica historia en estudios epigenéticos. Sin embargo, los análisis transcriptómicos y epigenómicos comparativos integrados en diferentes órganos de híbridos de maíz permanecen en gran medida inexplorados. Aquí, generamos mapas integrados de transcriptomas y epigenomas de brotes y raíces de dos líneas endogámicas de maíz y sus híbridos recíprocos, y estudiamos globalmente las variaciones epigenéticas y sus relaciones con la divergencia transcripcional entre diferentes órganos y genotipos. Observamos que mientras que las modificaciones de las histonas varían tanto entre órganos como entre genotipos, los patrones de metilación del ADN son más distinguibles entre genotipos que entre órganos. Las modificaciones histónicas se asociaron con divergencia transcriptómica entre órganos y entre híbridos y padres. Además, mostramos que los genes regulados positivamente tanto en los brotes como en las raíces de los híbridos se enriquecieron significativamente en la vía de ensamblaje de nucleosomas. Curiosamente, se demostró que los ARNip de 22 y 24 nt derivan de distintos elementos transponibles, y para diferentes elementos transponibles tanto en brotes como en raíces, las diferencias en la actividad del ARNip entre híbridos y patentes fueron impulsadas principalmente por diferentes especies de ARNip. Estos resultados sugieren que a pesar de las variaciones en genes específicos o loci genómicos, mecanismos similares pueden explicar la regulación epigenética de todo el genoma de la actividad génica y la estabilidad del transposón en diferentes órganos de híbridos de maíz.

Files

gb-2013-14-6-r57.pdf

Files (5.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9e6229421b6f622fc2751c1c5c044285
5.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
حفظ وتباعد التباين النسخي والتباين فوق الجيني في هجائن الذرة
Translated title (French)
Conservation et divergence des variations transcriptomiques et épigénomiques chez les hybrides de maïs
Translated title (Spanish)
Conservación y divergencia de la variación transcriptómica y epigenómica en híbridos de maíz

Identifiers

Other
https://openalex.org/W1970240652
DOI
10.1186/gb-2013-14-6-r57

Is supplement to
https://openalex.org/W3212149434 (Other)
https://openalex.org/W2946746360 (Other)
https://openalex.org/W2606237140 (Other)
https://openalex.org/W2291484187 (Other)
https://openalex.org/W2214376880 (Other)
https://openalex.org/W2119272378 (Other)
https://openalex.org/W2100856525 (Other)
https://openalex.org/W2098986187 (Other)
https://openalex.org/W2073893804 (Other)
https://openalex.org/W1499793237 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1894645638
  • https://openalex.org/W1964271596
  • https://openalex.org/W1970898039
  • https://openalex.org/W1980198004
  • https://openalex.org/W1985624299
  • https://openalex.org/W1992512552
  • https://openalex.org/W1997270596
  • https://openalex.org/W1999478182
  • https://openalex.org/W2000331546
  • https://openalex.org/W2000837003
  • https://openalex.org/W2004271888
  • https://openalex.org/W2005391235
  • https://openalex.org/W2014704298
  • https://openalex.org/W2021367660
  • https://openalex.org/W2024848067
  • https://openalex.org/W2026343134
  • https://openalex.org/W2027696756
  • https://openalex.org/W2035340311
  • https://openalex.org/W2036634503
  • https://openalex.org/W2040528706
  • https://openalex.org/W2044527120
  • https://openalex.org/W2045627002
  • https://openalex.org/W2050507681
  • https://openalex.org/W2054764210
  • https://openalex.org/W2054854463
  • https://openalex.org/W2059979506
  • https://openalex.org/W2071758876
  • https://openalex.org/W2073774980
  • https://openalex.org/W2075390135
  • https://openalex.org/W2089689396
  • https://openalex.org/W2091955590
  • https://openalex.org/W2092772797
  • https://openalex.org/W2096156776
  • https://openalex.org/W2099312080
  • https://openalex.org/W2103400943
  • https://openalex.org/W2110625143
  • https://openalex.org/W2120364419
  • https://openalex.org/W2120423699
  • https://openalex.org/W2121549284
  • https://openalex.org/W2124511335
  • https://openalex.org/W2124985265
  • https://openalex.org/W2125893498
  • https://openalex.org/W2125905600
  • https://openalex.org/W2131981230
  • https://openalex.org/W2133452708
  • https://openalex.org/W2139760044
  • https://openalex.org/W2139949004
  • https://openalex.org/W2144237393
  • https://openalex.org/W2149206894
  • https://openalex.org/W2149475041
  • https://openalex.org/W2151953896
  • https://openalex.org/W2155020101
  • https://openalex.org/W2157144572
  • https://openalex.org/W2161214553
  • https://openalex.org/W2167159991
  • https://openalex.org/W2170145663
  • https://openalex.org/W2171808845
  • https://openalex.org/W2171984627
  • https://openalex.org/W4207026249