Universität zu Köln

Nawaz, Kashif (2019). Genome-wide nucleosome dynamics under heat stress in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Heat is a common stress, causing many changes in plant physiology and growth, leading to major economic losses in crops. There is growing evidence that heat stress also affects chromatin architecture. However, genome-wide patterns of these changes and its relationship with transcription of genes are poorly understood. Previously, it was shown that under heat stress nucleosomes are depleted prior to, and strongly enriched at the transcription start site (TSS) of heat shock protein coding genes in Arabidopsis thaliana. Aim of this work is the analysis of changes in nucleosome occupancy under ambient, heat stress and post-stressed (recovery) conditions in Arabidopsis thaliana. Therefore, a genome-wide map of nucleosome positions was generated using the approach of Micrococcal nuclease sequencing (MNase-seq). This revealed that unlike intergenic region, nucleosomes are abundantly present in genic regions and further, are more prominent in exons than introns. Some of these signals were very strong, indicating precise nucleosome positioning at specific genes over many plant tissues in Arabidopsis. Further observations, have shown substantial changes in the nucleosome occupancy including both nucleosome gain and loss in response to heatstress. In particular, loss of nucleosome occupancy has been observed around TSS region of genes, which were highly transcriptionally up-regulated during heat stress response. The opposite, but weaker, trend was observed in strongly down-regulated genes, showing gain in nucleosome occupancy. In conclusion, this study suggests a correlation between the nucleosome occupancy and expression of heat stress responsive genes.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Hitze ist eine häufige Belastung, die viele Veränderungen in der Pflanzenphysiologie verursacht und zu großen wirtschaftlichen Einbußen bei Pflanzen führt. Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass Hitzestress auch die Chromatinarchitektur beeinflusst. Genomweite Muster dieser Veränderung und ihre Beziehung zur Transkription von Genen sind jedoch kaum verstanden. Zuvor wurde gezeigt, dass unter Hitzestress Nukleosomen vor der Transkriptionsstartstelle (TSS) von Hitzeschockprotein-kodierenden Genen in Arabidopsis thaliana abgereichert und stark angereichert werden. Innerhalb dieser Arbeit sollten die Veränderungen der Nukleosomenbelegung im Genom von Arabidopsis thaliana unter Normalbedingungen, Hitzestress und Post-Stress Erholunguntersucht werden. Dabei wurden genomweite Karten von Nukleosomenpositionen mit Hilfe des Micrococcal Nuclease Sequencing (MNase-seq) Ansatzes generiert. Dies zeigte, dass Nukleosomen im Gegensatz zu Bereichen zwischen den Genen, in den genischen Regionen reichlich vorhanden sind und in Exons mehr hervortreten als in Introns. Einige dieser Signale waren sehr stark, was auf eine genaue Positionierung der Nukleosomen an spezifischen Genen gegenüber vielen Pflanzengeweben in Arabidopsis hinweist. Als Reaktion auf Hitzestress konnten wesentliche Veränderungen in der Nukleosomenbelegung, einschließlich der Verstärkung und des Verlusts von Nukleosomen beobachtet werden. Insbesondere wurde ein Verlust der Nukleosomenbelegung um die TSS-Region herum beobachtet, die den Genen entspricht die während Hitzestress stark transkriptionell hochreguliert waren. Eingegenteiliger, aber schwächere Trend wurde in stark herunterregulierten Genen beobachtet, was einen Anstieg der Nukleosombelegung zeigte. Zusammenfassend zeigt diese Studie eine Korrelation zwischen der Nukleosomenbelegung und der Expression entsprechender hochregulierter Gene. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Nawaz, Kashif kashif.nawaz@kaust.edu.sa UNSPECIFIED UNSPECIFIED
Contributors:	Contribution Name Email Corrector Pecinka, Ales pecinka@ueb.cas.cz
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-98201
Date:	17 July 2019
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > MPI for Plant Breeding Research
Subjects:	Natural sciences and mathematics Agriculture
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Nucleosome English MNase-seq English Transcription start site English
Date of oral exam:	12 September 2018
Referee:	Name Academic Title Coupland, George Prof. Dr. Kopriva, Stanislav Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9820