Drought-stress-related reprogramming of gene expression in barley involves differential histone modifications at ABA-related genes

Abstract

In this present work, the drought response in barley plants (Hordeum vulgare, cv. Morex) was analyzed at the epigenome, the transcriptome and the methylome levels. More specific, the genome-wide responses of the crop plant barley to early drought stress at the level of H3K4me3 and H3K9ac. After a short drought period, drought-related genes were already induced compared to the controls. Global ChIP-Seq revealed, that the H3K9ac mark showed a more flexible and dynamic response to the stress than H3K4me3. Strikingly, especially genes involved in ABA-related stress responses were acetylated at H3K9 in response to the stress. While Whole Genome Bisulfite Sequencing revealed no significant global changes in the DNA methylation during early drought, 715 differentially methylated genes could be detected. In summary, these results indicate that epigenetic control, at least during the early phase of drought stress response, specifically targets genes involved in ABA-biosynthesis and -response.

Die Reaktion auf Trockenheit in Gerstenpflanzen (Hordeum vulgare) auf der Ebene des Epigenoms, des Transkriptoms und des Methyloms wurden analysiert. Genauer gesagt, die genomweiten Reaktionen der Gerste auf frühen Trockenstress auf der Ebene von H3K4me3 und H3K9ac. Bereits nach einer kurzen Dürreperiode wurden dürrebedingte Gene induziert. Globale ChIP-Seq-Untersuchungen zeigten, dass die H3K9ac-Markierung flexibler und dynamischer auf den Stress reagiert als H3K4me3. Auffallend ist, dass insbesondere Gene, die an ABA-bezogenen Stressreaktionen beteiligt sind, an H3K9 acetyliert wurden. Während die Bisulfit-Sequenzierung keine signifikanten, globalen Veränderungen in der DNA-Methylierung ergab, konnten 715 unterschiedlich methylierte Gene nachgewiesen werden. Zusammenfassend deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die epigenetische Kontrolle, zumindest in der frühen Phase der Reaktion auf Trockenheit, speziell auf Gene abzielt, die an der ABA-Biosynthese und -Reaktion beteiligt sind.