Identification of Arabidopsis genic and non‐genic promoters by paired‐end sequencing of TSS tags

Abstract

Information about transcription start sites (TSSs) provides baseline data for the analysis of promoter architecture. In this paper we used paired- and single-end deep sequencing to analyze Arabidopsis TSS tags from several libraries prepared from roots, shoots, flowers and etiolated seedlings. The clustering of approximately 33 million mapped TSS tags led to the identification of 324 461 promoters that covered 79.7% (21 672/27 206) of protein-coding genes in the Arabidopsis genome. In addition we identified intragenic, antisense and orphan promoters that were not associated with any gene models. Of these, intragenic promoters exhibited unique characteristics regarding dinucleotide sequences at TSSs and core promoter element composition, suggesting that these promoters use different mechanisms of transcriptional initiation. An analysis of base composition with regard to promoter position revealed a low GC content throughout the promoter region and several local strand biases that were evident for TATA-type promoters, but not for Coreless-type promoters. Most observed strand biases coincided with strand biases of single nucleotide polymorphism rate. Our analysis also revealed that transcription of a gene is supported by an average of 2.7 genic promoters, among which one specific promoter, designated as a top promoter, substantially determines the expression level of the gene.

Characterization of Arabidopsis thaliana promoter bidirectionality and antisense RNAs by depletion of nuclear RNA decay enzymes

“…CAGE reads were mapped to the TAIR10 genome assembly with an average of 20.8 M (83.4% of total) uniquely mapped reads per replicate. As described previously, gene TSSs in complex genomes, including Arabidopsis (Tokizawa et al, 2017) , are often locally dispersed, a phenomenon often referred to as 'broad promoters' (Carninci et al, 2006) . It is therefore helpful to cluster CAGE tags with closely spaced 5'-ends on the same strand into CAGE tag clusters (TCs).…”

Transcriptoma, sítios de ligação para fatores de transcrição e região promotora de cana-de-açúcar

“…A principal SR para todos genes codificantes de proteínas é conhecida como região Promotora. Em geral a região Promotora fica localizada a upstream do gene codificante de proteína [Mejía-Guerra et al, 2015, Ni et al, 2010, Shiraki et al, 2003, Tokizawa et al, 2017. Em razão ao seu posicionamento, a região Promotora é responsável pela ancoragem dos Fatores de Transcrição Gerais e pelo recrutamento da RNA pol II [Kumari and Ware, 2013, Mejía-Guerra et al, 2015, Morton et al, 2014, Shahmuradov et al, 2017.…”

“…Com o avanço da tecnologia foi possível realizar a identificação do sinal de TSS através da molécula de pré-mRNA usando duas técnicas: cap-trapper e oligo-capping [Dreos et al, 2016, Ni et al, 2010, Shiraki et al, 2003, Tokizawa et al, 2017. As duas técnicas usam a extremidade 5' do pré-mRNA como alvo para recuperar a localização do TSS, uma vez que está informação é mantida através do processo de capping do pré-mRNA.…”

“…Contudo, atualmente, estas limitações foram superadas com o desenvolvimento do sequenciamento de nova geração e a utilização de sequências mais curtas. Através dessa mudança diferentes estratégias foram desenvolvidas tais como Oli-goCap, CAGE, deepCAGE e PEAT [Dreos et al, 2016, Ni et al, 2010, Shiraki et al, 2003, Tokizawa et al, 2017. Com este avanço foi possível elevar o rendimento e a precisão da descoberta in vivo do TSS para diferentes genes.…”

“…Usando dados gerados por estas técnicas, o banco EPD conseguiu resolver mais de 17081 sinais de TSS para aproximadamente 15828 genes em Milho (RefGen-v3/zm3) e esse valor corresponde a 59% dos genes já descritos para Milho [Dreos et al, 2016, Mejía-Guerra et al, 2015. Já em Arabidopsis a identificação do sinal de TSS foi realizada para 78% dos genes descritos (TAIR10/araTha1) e essa cobertura foi alcançada utilizando diferentes estratégias como PEAT, deepCAGE, CAGE e OligoCap [Cumbie et al, 2015, Dreos et al, 2016, Morton et al, 2014, Tokizawa et al, 2017. Essa avanço na rotulação do sinal de TSS também tem sido observado em outros organismo como camundongo, mosca-das-frutas e humanos [Dreos et al, 2016].…”