Genome wide tracking of RNA polymerase II and associated factors during transcript elongation in Arabidopsis thaliana

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	October 2023
Referee:	Prof. Dr. Klaus Grasser and Prof. Dr. Gernot Längst
Date of exam:	12 October 2023
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Pflanzenwissenschaften > Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenphysiologie (Prof. Dr. Klaus Grasser)
Keywords:	Arabiopsis, Transcript elongation, RNA-Polymerase II, deep sequencing
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	54916

Abstract (English)

Transcript elongation in Arabidopsis thaliana is regulated by a variety of factors interacting with RNA polymerase II (RNAPII) during transcription. Recruitment or activation of those factors at barriers during transcription enables the polymerase to properly transcribe through genes in the context of chromatin in vivo. In this thesis the genome wide distribution of members of the transcript ...

Abstract (English)

Transcript elongation in Arabidopsis thaliana is regulated by a variety of factors interacting with RNA polymerase II (RNAPII) during transcription. Recruitment or activation of those factors at barriers during transcription enables the polymerase to properly transcribe through genes in the context of chromatin in vivo. In this thesis the genome wide distribution of members of the transcript elongation complex in Arabidopsis thaliana was elucidated. Using chromatin immunoprecipitation in conjunction with deep sequencing, the distribution of ELF1, subunits of the FACT complex (SSRP1, SPT16), a subunit of the SPT4-SPT5 dimer (SPT5), a subunit of the PAF1 complex (ELF7), RNAPII S2P and RNAPII S5P was mapped in wild type plants. In addition, functional implications on gene expression were investigated using respective mutant lines. Finally, mutant lines were exposed to different stress conditions to change the expression of a defined subset of genes. Specific phenotypes and/or transcriptional defects could be detected for lines lacking TFIIS, ELF1, subunits of the PAF1 complex, SPT4-SPT5 and subunits of FACT. In case of TFIIS, we could connect the defect to a point mutation in the acidic loop of the C- terminal domain, previously described by Antosz et al., 2020. For FACT we could show that expression of a non-phosphorylatable variant of SPT16 changes the nucleosome occupancy at transcriptional start sites. Finally, we could determine ELF1 as a newly described transcript elongation factor in Arabidopsis thaliana with histone binding capability and possible implications in the correct regulation of expression of a subset of genes.

Translation of the abstract (German)

Die Transkriptelongation in Arabidopsis thaliana wird während der Transkription von einer Vielzahl von Faktoren reguliert, die mit der RNA-Polymerase II (RNAPII) interagieren. Die Rekrutierung oder Aktivierung dieser Faktoren an Transkriptionsbarrieren ermöglicht es der Polymerase, Gene im Kontext von Chromatin in vivo korrekt zu transkribieren. In dieser Arbeit wurde die genomweite Verteilung ...

Translation of the abstract (German)

Die Transkriptelongation in Arabidopsis thaliana wird während der Transkription von einer Vielzahl von Faktoren reguliert, die mit der RNA-Polymerase II (RNAPII) interagieren. Die Rekrutierung oder Aktivierung dieser Faktoren an Transkriptionsbarrieren ermöglicht es der Polymerase, Gene im Kontext von Chromatin in vivo korrekt zu transkribieren. In dieser Arbeit wurde die genomweite Verteilung von Untereinheiten des Transkriptelongationskomplexes in Arabidopsis thaliana aufgeklärt. Unter Verwendung von Chromatin-Immunopräzipitation in Verbindung mit deep sequencing wurde die Verteilung von ELF1, Untereinheiten des FACT-Komplexes (SSRP1, SPT16), einer Untereinheit des SPT4-SPT5-Dimers (SPT5), einer Untereinheit des PAF1-Komplexes (ELF7), RNAPII S2P und RNAPII S5P in Wildtyp-Pflanzen kartiert. Darüber hinaus wurden funktionelle Auswirkungen auf die Genexpression unter Verwendung entsprechender Mutanten untersucht. Schließlich wurden Mutanten verschiedenen Stressbedingungen ausgesetzt, um die Expression eines definierten Gen-Subsets zu verändern. Spezifische Phänotypen und/oder Transkriptionsdefekte konnten für Linien festgestellt werden, denen TFIIS, ELF1, Untereinheiten des PAF1-Komplexes, SPT4-SPT5 und Untereinheiten von FACT fehlen. Im Fall von TFIIS konnten wir den Defekt mit einer Punktmutation in der aciden Schleife der C-terminalen Domäne verbinden, die zuvor von Antosz et al. (2020) beschrieben wurde. Für FACT konnten wir zeigen, dass die Expression einer nicht-phosphorylierbaren Variante von SPT16 die Nukleosomenverteilung an Transkriptionsstartstellen verändert. Schließlich konnten wir ELF1 als einen neu beschriebenen Transkriptelongationsfaktor in Arabidopsis thaliana identifizieren, der eine Histone bindende Fähigkeit besitzt und mögliche Auswirkungen auf die korrekte Regulation der Expression eines Gen-Subsets hat.

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