Analysis of two exceptional chromosome-types in plants

Abstract

Aufgrund der holozentrischen Chromosomenorganisation segregieren die Schwesterchromatiden von Luzula elegans bereits in der Anaphase I, gefolgt von der Segregation der Homologen in der zweiten Anaphase. Wir zeigen, dass die α-Kleisin-Untereinheit des Kohäsins an den Zentromeren von mitotischen und meiotischen Metaphase Chromosomen lokalisiert ist und somit eine potentielle Zentromerfunktion in L. elegans besitzt. Die Lokalisierung eines dreiteiligen SC zeigt, dass das Verhalten der Prophase I Chromosomen von L. elegans ähnlich ist wie bei monozentrischen Spezies. B-Chromosomen wurden als genetisch inerte Elemente ohne funktionelle Gene betrachtet. Der Nachweis von aktiver RNA-Polymerase II (RNAPII) in der Nähe von B-Chromosomenchromatin zeigt, dass die B-Chromosomen von Roggen potentiell zur Transkription beitragen. Die B-lokalisierten Gene ScKIF4A, ScSHOC1 und ScAGO4B zeigen eine hohe Ähnlichkeit mit ihren A-lokalisierten Paralogen sowohl auf der DNA als auch auf mRNA-Ebene. In-vitro-Analyse der A- und B-Chromosomen kodierten AGO4B-Proteinvarianten zeigt, dass beide Varianten eine RNA-Schneide-Aktivität besitzen. Diese Daten demonstrieren die Existenz eines B-Chromosomen-lokalisiertem AGO4B im Roggen.

Due to the holocentric chromosome structure, the sister chromatids of Luzula elegans segregate already in anaphase I followed by the segregation of the homologues in anaphase II. We show here the α-kleis in subunit of cohesin localizes at the centromeres of both mitotic and meiotic metaphase chromosomes and that it, thus, may contribute to assemble the centromeres in L. elegans. This localization and the formation of a tripartite SC structure indicate the prophase I behavior of L. elegans is similar as in monocentric species. B chromosomes have been considered to be genetically inert elements without any functional genes. The detection of active RNA polymerase II (RNAPII) in the proximity of Bchromatin demonstrates that the Bs of rye contribute to the transcriptome. B-located genes like ScKIF4A, ScSHOC1 and ScAGO4B show high similarity to their A-located paralogs at both DNA and mRNA level. In vitro analysis of the A- and B chromosome encoded AGO4B protein variants demonstrated both possess RNA slicer activity.These data demonstrate unambiguously the presence of a functional AGO4B gene on B chromosomes.