Published July 31, 2023 | Version v1
Publication Open

Genome-wide chromatin accessibility landscape and dynamics of transcription factor networks during ovule and fiber development in cotton

Creators

  • 1. Yangzhou University
  • 2. Anyang Institute of Technology
  • 3. Nanjing Agricultural University
  • 4. Ministry of Education of the People's Republic of China
  • 5. Michigan State University

Description

Abstract Background The development of cotton fiber is regulated by the orchestrated binding of regulatory proteins to cis -regulatory elements associated with developmental genes. The cis–trans regulatory dynamics occurred throughout the course of cotton fiber development are elusive. Here we generated genome-wide high-resolution DNase I hypersensitive sites (DHSs) maps to understand the regulatory mechanisms of cotton ovule and fiber development. Results We generated DNase I hypersensitive site (DHS) profiles from cotton ovules at 0 and 3 days post anthesis (DPA) and fibers at 8, 12, 15, and 18 DPA. We obtained a total of 1185 million reads and identified a total of 199,351 DHSs through ~ 30% unique mapping reads. It should be noted that more than half of DNase-seq reads mapped multiple genome locations and were not analyzed in order to achieve a high specificity of peak profile and to avoid bias from repetitive genomic regions. Distinct chromatin accessibilities were observed in the ovules (0 and 3 DPA) compared to the fiber elongation stages (8, 12, 15, and 18 DPA). Besides, the chromatin accessibility during ovules was particularly elevated in genomic regions enriched with transposable elements (TEs) and genes in TE-enriched regions were involved in ovule cell division. We analyzed cis -regulatory modules and revealed the influence of hormones on fiber development from the regulatory divergence of transcription factor (TF) motifs. Finally, we constructed a reliable regulatory network of TFs related to ovule and fiber development based on chromatin accessibility and gene co-expression network. From this network, we discovered a novel TF, WRKY46, which may shape fiber development by regulating the lignin content. Conclusions Our results not only reveal the contribution of TEs in fiber development, but also predict and validate the TFs related to fiber development, which will benefit the research of cotton fiber molecular breeding.

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

Translated Description (Arabic)

خلفية مجردة يتم تنظيم تطور ألياف القطن من خلال الربط المنسق للبروتينات التنظيمية بالعناصر التنظيمية المرتبطة بالجينات التنموية. الديناميكيات التنظيمية المتقاطعة التي حدثت طوال مسار تطوير ألياف القطن بعيدة المنال. هنا أنشأنا خرائط مواقع فرط الحساسية (DHSs) عالية الدقة على مستوى الجينوم لفهم الآليات التنظيمية لتطور البويضة القطنية والألياف. النتائج لقد أنشأنا ملفات تعريف الموقع شديد الحساسية من البويضات القطنية في 0 و 3 أيام بعد البويضات والألياف في 8 و 12 و 15 و 18 من البويضات القطنية. حصلنا على ما مجموعه 1185 مليون قراءة وحددنا ما مجموعه 199,351 درهم من خلال حوالي 30 ٪ من قراءات الخرائط الفريدة. تجدر الإشارة إلى أن أكثر من نصف قراءات DNase - seq حددت مواقع جينوم متعددة ولم يتم تحليلها من أجل تحقيق خصوصية عالية لملف الذروة وتجنب التحيز من المناطق الجينومية المتكررة. لوحظت إمكانية وصول مميزة للكروماتين في البويضات (0 و 3 DPA) مقارنة بمراحل استطالة الألياف (8 و 12 و 15 و 18 DPA). إلى جانب ذلك، كانت إمكانية الوصول إلى الكروماتين أثناء البويضات مرتفعة بشكل خاص في المناطق الجينومية المخصبة بالعناصر القابلة للنقل (TEs) وكانت الجينات في المناطق المخصبة بـ TE متورطة في انقسام خلايا البويضات. قمنا بتحليل الوحدات التنظيمية لـ CIS وكشفنا عن تأثير الهرمونات على تطور الألياف من الاختلاف التنظيمي لزخارف عامل النسخ (TF). أخيرًا، أنشأنا شبكة تنظيمية موثوقة من TFs المتعلقة بتطوير البويضات والألياف بناءً على إمكانية الوصول إلى الكروماتين وشبكة التعبير المشترك عن الجينات. من هذه الشبكة، اكتشفنا TF جديد، WRKY46، والذي قد يشكل تطور الألياف من خلال تنظيم محتوى اللجنين. لا تكشف نتائجنا فقط عن مساهمة TEs في تطوير الألياف، ولكنها تتنبأ أيضًا وتثبت صحة TFs المتعلقة بتطوير الألياف، والتي ستفيد أبحاث التكاثر الجزيئي لألياف القطن.

Translated Description (French)

Résumé Contexte Le développement de la fibre de coton est régulé par la liaison orchestrée des protéines régulatrices aux éléments cis-régulateurs associés aux gènes du développement. La dynamique régulatrice cis–trans qui s'est produite tout au long du développement de la fibre de coton est insaisissable. Ici, nous avons généré des cartes de sites hypersensibles à la DNase I (DHS) à haute résolution à l'échelle du génome pour comprendre les mécanismes de régulation du développement des ovules et des fibres de coton. Résultats Nous avons généré des profils de sites hypersensibles à la DNase I (DHS) à partir d'ovules de coton à 0 et 3 jours après l'anthèse (DPA) et de fibres à 8, 12, 15 et 18 DPA. Nous avons obtenu un total de 1185 millions de lectures et identifié un total de 199 351 EDS grâce à ~ 30 % de lectures de cartographie uniques. Il convient de noter que plus de la moitié des lectures de DNase-seq ont cartographié plusieurs emplacements du génome et n'ont pas été analysées afin d'obtenir une spécificité élevée du profil de pic et d'éviter les biais des régions génomiques répétitives. Des accessibilités distinctes de la chromatine ont été observées dans les ovules (0 et 3 DPA) par rapport aux stades d'élongation des fibres (8, 12, 15 et 18 DPA). En outre, l'accessibilité de la chromatine pendant les ovules était particulièrement élevée dans les régions génomiques enrichies en éléments transposables (ET) et les gènes dans les régions enrichies en ET étaient impliqués dans la division cellulaire des ovules. Nous avons analysé les modules cis -régulateurs et révélé l'influence des hormones sur le développement des fibres à partir de la divergence réglementaire des motifs du facteur de transcription (TF). Enfin, nous avons construit un réseau réglementaire fiable de TFs liés au développement des ovules et des fibres basé sur l'accessibilité de la chromatine et le réseau de co-expression des gènes. À partir de ce réseau, nous avons découvert un nouveau TF, WRKY46, qui peut façonner le développement des fibres en régulant la teneur en lignine. Conclusions Nos résultats révèlent non seulement la contribution des ET dans le développement des fibres, mais ils prédisent et valident également les FT liés au développement des fibres, ce qui profitera à la recherche sur la sélection moléculaire des fibres de coton.

Translated Description (Spanish)

Resumen Antecedentes El desarrollo de la fibra de algodón está regulado por la unión orquestada de proteínas reguladoras a elementos cis-reguladores asociados con genes del desarrollo. La dinámica reguladora cis–trans ocurrida a lo largo del desarrollo de la fibra de algodón es difícil de alcanzar. Aquí generamos mapas de sitios hipersensibles a la ADNasa I (DHS) de alta resolución en todo el genoma para comprender los mecanismos reguladores del desarrollo de óvulos y fibras de algodón. Resultados Generamos perfiles de sitios hipersensibles a la ADNasa I (DHS) a partir de óvulos de algodón a los 0 y 3 días después de la antesis (DPA) y fibras a los 8, 12, 15 y 18 DPA. Obtuvimos un total de 1185 millones de lecturas e identificamos un total de 199 351 DHS a través de ~ 30% de lecturas de mapeo únicas. Cabe señalar que más de la mitad de las lecturas de DNasa-seq mapearon múltiples ubicaciones del genoma y no se analizaron para lograr una alta especificidad del perfil de picos y evitar el sesgo de regiones genómicas repetitivas. Se observaron distintas accesibilidades de cromatina en los óvulos (0 y 3 DPA) en comparación con las etapas de elongación de la fibra (8, 12, 15 y 18 DPA). Además, la accesibilidad de la cromatina durante los óvulos fue particularmente elevada en las regiones genómicas enriquecidas con elementos transponibles (TE) y los genes en las regiones enriquecidas con TE participaron en la división celular de los óvulos. Analizamos los módulos cis-reguladores y revelamos la influencia de las hormonas en el desarrollo de la fibra a partir de la divergencia reguladora de los motivos del factor de transcripción (TF). Finalmente, construimos una red reguladora confiable de TF relacionada con el desarrollo de óvulos y fibras basada en la accesibilidad de la cromatina y la red de coexpresión génica. A partir de esta red, descubrimos un nuevo TF, WRKY46, que puede dar forma al desarrollo de la fibra al regular el contenido de lignina. Conclusiones Nuestros resultados no solo revelan la contribución de los TE en el desarrollo de la fibra, sino que también predicen y validan los TF relacionados con el desarrollo de la fibra, lo que beneficiará la investigación del mejoramiento molecular de la fibra de algodón.

Files

s12915-023-01665-4.pdf

Files (3.1 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
md5:09300d0dc4d617a4944d64969e10a278
3.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مشهد إمكانية الوصول إلى الكروماتين على مستوى الجينوم وديناميكيات شبكات عوامل النسخ أثناء تطور البويضات والألياف في القطن
Translated title (French)
Paysage d'accessibilité de la chromatine à l'échelle du génome et dynamique des réseaux de facteurs de transcription pendant le développement des ovules et des fibres dans le coton
Translated title (Spanish)
Panorama de accesibilidad de la cromatina en todo el genoma y dinámica de las redes de factores de transcripción durante el desarrollo de óvulos y fibras en el algodón

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4385411455
DOI
10.1186/s12915-023-01665-4

Is supplement to
https://openalex.org/W4313546333 (Other)
https://openalex.org/W4311297126 (Other)
https://openalex.org/W2927256809 (Other)
https://openalex.org/W2389872789 (Other)
https://openalex.org/W2112619868 (Other)
https://openalex.org/W2078042893 (Other)
https://openalex.org/W2049803400 (Other)
https://openalex.org/W1992832149 (Other)
https://openalex.org/W1976030034 (Other)
https://openalex.org/W1487644437 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1519822068
  • https://openalex.org/W1942514639
  • https://openalex.org/W1965408671
  • https://openalex.org/W1974746208
  • https://openalex.org/W1975651748
  • https://openalex.org/W1977214026
  • https://openalex.org/W1979160073
  • https://openalex.org/W1981206019
  • https://openalex.org/W1982166412
  • https://openalex.org/W1998000745
  • https://openalex.org/W2006656426
  • https://openalex.org/W2010959553
  • https://openalex.org/W2023761362
  • https://openalex.org/W2025253065
  • https://openalex.org/W2027349511
  • https://openalex.org/W2028348195
  • https://openalex.org/W2032536951
  • https://openalex.org/W2033169664
  • https://openalex.org/W2034511309
  • https://openalex.org/W2035523956
  • https://openalex.org/W2048584294
  • https://openalex.org/W2052498510
  • https://openalex.org/W2056062833
  • https://openalex.org/W2062562507
  • https://openalex.org/W2067048150
  • https://openalex.org/W2075058951
  • https://openalex.org/W2078752391
  • https://openalex.org/W2083047609
  • https://openalex.org/W2097470338
  • https://openalex.org/W2102278945
  • https://openalex.org/W2102619694
  • https://openalex.org/W2104005232
  • https://openalex.org/W2107065534
  • https://openalex.org/W2109897790
  • https://openalex.org/W2110503722
  • https://openalex.org/W2113050875
  • https://openalex.org/W2117757143
  • https://openalex.org/W2119657966
  • https://openalex.org/W2120847972
  • https://openalex.org/W2121180756
  • https://openalex.org/W2122199408
  • https://openalex.org/W2124198733
  • https://openalex.org/W2124985265
  • https://openalex.org/W2126393500
  • https://openalex.org/W2134112768
  • https://openalex.org/W2136090457
  • https://openalex.org/W2137683949
  • https://openalex.org/W2137784504
  • https://openalex.org/W2140728495
  • https://openalex.org/W2140952049
  • https://openalex.org/W2141166541
  • https://openalex.org/W2142370366
  • https://openalex.org/W2147900303
  • https://openalex.org/W2152506801
  • https://openalex.org/W2155157043
  • https://openalex.org/W2157864299
  • https://openalex.org/W2160734881
  • https://openalex.org/W2162043101
  • https://openalex.org/W2162787150
  • https://openalex.org/W2165397359
  • https://openalex.org/W2166565675
  • https://openalex.org/W2166691520
  • https://openalex.org/W2170551349
  • https://openalex.org/W2175465286
  • https://openalex.org/W2202422562
  • https://openalex.org/W2257539683
  • https://openalex.org/W2340150626
  • https://openalex.org/W2401161611
  • https://openalex.org/W2401562190
  • https://openalex.org/W2401645248
  • https://openalex.org/W2409806253
  • https://openalex.org/W2468940700
  • https://openalex.org/W2556983965
  • https://openalex.org/W2594730553
  • https://openalex.org/W2602194898
  • https://openalex.org/W2622014095
  • https://openalex.org/W2737056215
  • https://openalex.org/W2737543579
  • https://openalex.org/W2759277666
  • https://openalex.org/W2767470243
  • https://openalex.org/W2788268580
  • https://openalex.org/W2789360621
  • https://openalex.org/W2808114360
  • https://openalex.org/W2898215009
  • https://openalex.org/W2902498168
  • https://openalex.org/W2903230268
  • https://openalex.org/W2903447800
  • https://openalex.org/W2911510951
  • https://openalex.org/W2914954385
  • https://openalex.org/W2921474111
  • https://openalex.org/W2945842456
  • https://openalex.org/W2952615074
  • https://openalex.org/W2957641661
  • https://openalex.org/W2969620683
  • https://openalex.org/W2973053621
  • https://openalex.org/W2982979721
  • https://openalex.org/W2986189315
  • https://openalex.org/W2997239511
  • https://openalex.org/W3004816893
  • https://openalex.org/W3024674600
  • https://openalex.org/W3032382794
  • https://openalex.org/W3092493461
  • https://openalex.org/W3093858607
  • https://openalex.org/W3104066961
  • https://openalex.org/W3122921488
  • https://openalex.org/W3129659905
  • https://openalex.org/W3138936421
  • https://openalex.org/W3176810646
  • https://openalex.org/W4200024168
  • https://openalex.org/W4200125277
  • https://openalex.org/W4210779452
  • https://openalex.org/W4229026640
  • https://openalex.org/W4285719527
  • https://openalex.org/W4307188080
  • https://openalex.org/W4312093560
  • https://openalex.org/W4315865198
  • https://openalex.org/W4362660267
  • https://openalex.org/W4385411455