シロイヌナズナの転写中心のシグナル伝達ハブの組み合わせの複雑さ

4つのフィトクロム（PHY）絡み合ったBHLH転写因子（PIF）のサブファミリーは、暗く成長した苗における骨形成発達を集合的に促進します。この活性は、PIFの分解を誘発する光活性化された植物分子によって光にさらされると逆転し、それにより、光変化を誘導する転写変化を引き起こします。PIFは、このプロセスの形態形成レベルで冗長および部分的に機能します。PIF転写調節ゲノム全体の直接的な標的を特定するために、PIF変異体のRNA-seq分析を使用して、各PIFによって転写的に調節された遺伝子をChIP-seq分析によって4つのPIFすべてのDNA結合部位を分析しました。PIF間のDNA結合 - モチーフ認識に検出可能な違いがないにもかかわらず、データは、単一のPIF優位性から4つすべての平等な貢献までの規制パターンのスペクトルを示しています。同様に、単一のシーケンスモチーフを含む単一のPIF結合部位から、それぞれが1つ以上のモチーフを含む複数のPIF結合サイトを介して、各サイトが1つから複数のPIFで優先的に占有されている、幅広いプロモーターアーキテクチャが見つかりました。各PIFによって誘導されるプロモーター占有率と発現レベルの定量分析により、興味深いパターンが明らかになりました。標的遺伝子集団全体に広く堅牢な相関はありませんが、複数のPIFの共有ターゲットである個々の遺伝子の検査では、強く陽性、無相関、陰性への相関のグラデーションが示されています。この発見は、各PIFによる結合部位占有率の連続体と、各PIFで異なる局所調節の重ね合わせ層の両方を含む、各PIFで差別的に作用する局所調節の重ね合わせ層の両方を含む、転写調節の二重層のメカニズムを示唆しています。遺伝子から遺伝子まで個々のPIFによって変化する定量的パターン。これらの発見は、重複する直接標的遺伝子を持つ転写因子が標的ネットワークに信号を統合し、選択的に導入するメカニズムを調査するためのフレームワークを提供します。

A subfamily of four Phytochrome (phy)-Interacting bHLH transcription Factors (PIFs) collectively promote skotomorphogenic development in dark-grown seedlings. This activity is reversed upon exposure to light, by photoactivated phy molecules that induce degradation of the PIFs, thereby triggering the transcriptional changes that drive a transition to photomorphogenesis. The PIFs function both redundantly and partially differentially at the morphogenic level in this process. To identify the direct targets of PIF transcriptional regulation genome-wide, we analyzed the DNA-binding sites for all four PIFs by ChIP-seq analysis, and defined the genes transcriptionally regulated by each PIF, using RNA-seq analysis of pif mutants. Despite the absence of detectable differences in DNA-binding-motif recognition between the PIFs, the data show a spectrum of regulatory patterns, ranging from single PIF dominance to equal contributions by all four. Similarly, a broad array of promoter architectures was found, ranging from single PIF-binding sites, containing single sequence motifs, through multiple PIF-binding sites, each containing one or more motifs, with each site occupied preferentially by one to multiple PIFs. Quantitative analysis of the promoter occupancy and expression level induced by each PIF revealed an intriguing pattern. Although there is no robust correlation broadly across the target-gene population, examination of individual genes that are shared targets of multiple PIFs shows a gradation in correlation from strongly positive, through uncorrelated, to negative. This finding suggests a dual-layered mechanism of transcriptional regulation, comprising both a continuum of binding-site occupancy by each PIF and a superimposed layer of local regulation that acts differentially on each PIF, to modulate its intrinsic transcriptional activation capacity at each site, in a quantitative pattern that varies between the individual PIFs from gene to gene. These findings provide a framework for probing the mechanisms by which transcription factors with overlapping direct-target genes integrate and selectively transduce signals to their target networks.