Different Patterns of Chromosomal Histone H3 Phosphorylation in Land Plants

Abstract

The chromosomal phosphorylation of histone H3 during mitosis and meiosis seems to play a fundamental role in the control of cell division in all eukaryotes. In plants, the temporal and spatial distribution of H3S10 phosphorylated (H3S10ph) is currently known only for chromosomes of a few angiosperms. In the present study, we analyzed the pattern of H3S10ph in mitotic chromosomes of 14 plant species, including 2 bryophytes and 12 tracheophytes. In all species, the phosphorylation of H3S10 was cytologically detected first in prophase and disappeared in late anaphase. Two patterns of chromosomal phosphorylation were observed: (1) only the pericentromeric regions were hyperphosphorylated, whereas the remaining chromosome arms appeared weakly and diffusely immunolabeled, and (2) the whole chromosomes appear uniformly phosphorylated, increasing the labeling intensity at metaphase. The first pattern was observed in all tracheophytes with monocentric chromosomes, whereas the second one was restricted to the bryophytes and angiosperms with holokinetic chromosomes. In both cases, no particular kind of chromatin such as NORs or heterochromatic bands were differentially labeled. Based on this data and previous analyses in other eukaryotes, we suggest that hyperphosphorylation of the whole mitotic metaphase chromosome represents the ancestral condition for eukaryotic chromosomes, and the change to the pericentromeric pattern occurred in the transition from bryophytes to tracheophytes. The meaning and possible implications of these results are discussed in the light of recent and classical experiments.

Heterochromatin distribution and histone modification patterns of H4K5 acetylation and H3S10 phosphorylation in Capsicum L.

“…The packing status of DNA associated with proteins can provide a better understanding of genetic and epigenetic regulation in eukaryotes, including vegetables (Heslop-Harrison and Schwarzacher 2011). Post-translational modifications on the N-terminal tails of histones play essential and distinct roles in chromosome organization (Marcon-Tavares et al 2014). The acetylation of lysine 5 on histone H4 (one of the most well-studied modifications) is generally associated with actively transcribed open chromatin, and is directly involved in the control of chromatin replication (Zhang et al 2015).…”

Phosphorylation of histone H3Ser10 in plant cell division

“…У видов с крупными хромосомами многие авторы отмечали наличие сигнала иммунолокализации антител к фосфорилированному гистону H3Ser10 в прицентромерной области и его отсутствие непосредственно в ме сте первичной перетяжки в митозе (Houben et al, 1999;Fernandes et al, 2008;Marcon-Tavares et al, 2014). Отсутствие phH3Ser10 в коровом районе центромеры хорошо проиллюстрировано на хромосомах яч меня при помощи иммуноокрашивания с наночастицами золота и сканирующей электронной микроскопии (Schroeder-Reiter et al, 2003).…”

“…Отсутствие phH3Ser10 в коровом районе центромеры хорошо проиллюстрировано на хромосомах яч меня при помощи иммуноокрашивания с наночастицами золота и сканирующей электронной микроскопии (Schroeder-Reiter et al, 2003). Данная особенность может быть связана с заменой гистона Н3 в области центроме ры на его центро мероспецифичный вариант, CENH3, а отсутствие такого промежутка в ло кализации антител к phH3Ser10 у видов с более мелкими хромосомами -с меньшим размером центромерной области (Houben et al, 1999;Marcon-Tavares et al, 2014).…”

“…Среди сосудистых растений прицентромерный паттерн phH3Ser10 обнаружен также у других представителей однодольных (Pedrosa et al, 2001;Manzanero et al, 2002;Feitoza, Guerra, 2011;Marcon-Tavares et al, 2014) и двудольных растений (Fernandes et al, 2008;Marcon-Tavares et al, 2014), а также у папоротникообразных, плауновидных и голосеменных растений (Marcon-Tavares et al, 2014). Отметим, что у растений птицемлечника (Ornithogalum longibracteatum) семейства Спаржевые (Asparagaceae) была показана корреляция phH3Ser10 с наличием центромерного тандемного повтора Sat1, присутствующего как в центромере, так и в области интеркалярного гетерохроматина (в меньшем количестве) (Pedrosa et al, 2001).…”

“…Фосфорилирование H3Ser10 известно для всех высших растений, однако характер локализации данной ПТМ варьирует в зависимости от типа деления клетки (митоз или мейоз) и вида растений (Houben et al, 1999;Kaszas, Cande, 2000;Manzanero et al, 2000;Pedrosa et al, 2001;Fernandes et al, 2008;Marcon-Tavares et al, 2014). Фосфорилирование H3Ser10 в прицентромерной области хромосом связывают с активностью центромеры (Han et al, 2006;2009;Gao et al, 2011).…”