Genome-wide mapping of transcription start sites in mitochondria of Arabidopsis thaliana for determining the promoter specificity and transcriptional tasks of mitochondrial RNA polymerases

Abstract

Differential RNA sequencing was adapted to mitochondria (mt-dRNA-seq) to generate a mitochondrial genome-wide map of transcription start sites (TSS) in the model plant Arabidopsis, and to assign distinct promoter motifs and transcriptional tasks to two mitochondrial RNA polymerases (RNAP), RPOTmp and RPOTm. mt-dRNA-seq performed on rpoTmp mutants and wild-type plants showed that the majority of TSS were used by both RNAP, but each RNAP also has a distinct function. Genes encoding complex I subunits mostly depended on RPOTmp, whereas rRNA genes were transcribed by RPOTm. RPOTm appeared to require a rather conserved promoter motif for its activity while RPOTmp-dependent promoters varied substantially. Accordingly, RPOTmp is the major mitochondrial RNAP producing non-functional transcripts. A comparison of the mitochondrial transcriptome between rpoTm knockdown mutants obtained through CRISPR/Cas9-mediated promoter deletions and the wild type confirmed findings from mt-dRNA-seq.

In dieser Arbeit wurde die differenzielle RNA-Sequenzierung an Mitochondrien angepasst (mt-dRNA-Seq), um eine erste genomweite Karte mitochondrialer Transkriptionsstarts (TSS) in Pflanzen zu erstellen. Außerdem wurden die TSS-Nutzung und Promotor-Spezifität zweier mitochondrialer RNA-Polymerasen (RNAP), RPOTmp und RPOTm, analysiert. Der Vergleich der TSS-Nutzung zwischen Wildtyp-Pflanzen und rpoTmp-Mutanten zeigte, dass die meisten TSS von beiden RNAP genutzt werden. Allerdings war die Transkription von Genen, die für Komplex-I-Untereinheiten kodieren, tendenziell abhängig von RPOTmp, während rRNA-Gene von RPOTm transkribiert wurden. RPOTm scheint für seine Aktivität ein relativ konserviertes Promotorsequenzmotiv zu benötigen, während RPOTmp-abhängige Promotoren weniger konserviert sind. Folgerichtig wurde festgestellt, dass RPOTmp die Mehrheit der nicht-funktionellen Transkripte in Mitochondrien produziert. Analysen von rpoTm-knockdown-Mutanten bestätigten die Befunde des mt-dRNA-Seq.