Corinne Blugeon, Damarys Loew, Moussa Benhamed, Christophe Bailly, Fredy Barneche, Clara Bourbousse, Nicole Chaumont, Martin Rougée, Sophie Lemoine, David Latrasse, Chris Bowler, Anne-Flore Deton-Cabanillas, Gérald Zabulon, Anne-Sophie Fiorucci, Ammara Mohammad, Bérangère Lombard, Elodie Layat, Lorenzo Concia, Soon Kap Kim, David Stroebel, Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) (IBENS), Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Biologie du Développement (LBD), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences des Plantes de Paris-Saclay (IPS2 (UMR_9213 / UMR_1403)), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université Paris-Saclay-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Laboratoire de Spectrométrie de Masse Protéomique, Institut Curie, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Biologie du Développement [Paris] (LBD), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Sorbonne Université (SU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Curie [Paris], Agence Nationale pour la Recherche (ANR) [ANR-11-JSV2-003-01], Investissements d'Avenir program, ANR [ANR-10-LABX-54 MEMOLIFE, ANR-10-IDEX-0001-02 PSL], Universite Paris-Sud Doctoral School in Plant Sciences, Region Ile-de-France, Fondation pour la Recherche Medicale, 'Investissements d'Avenir' program [ANR-10-INBS-09], Fiorucci, Anne-Sophie, Bourbousse, Clara, Barneche, Fredy, Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Biologie du Développement [IBPS] (LBD), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), GenomiqueENS (Genomique ENS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département de Biologie - ENS Paris, Gestionnaire, HAL Sorbonne Université 5, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Département de Biologie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Background The functional determinants of H3K4me3, their potential dependency on histone H2B monoubiquitination, and their contribution to defining transcriptional regimes are poorly defined in plant systems. Unlike in Saccharomyces cerevisiae, where a single SET1 protein catalyzes H3K4me3 as part of COMPlex of proteins ASsociated with Set1 (COMPASS), in Arabidopsis thaliana, this activity involves multiple histone methyltransferases. Among these, the plant-specific SET DOMAIN GROUP 2 (SDG2) has a prominent role. Results We report that SDG2 co-regulates hundreds of genes with SWD2-like b (S2Lb), a plant ortholog of the Swd2 axillary subunit of yeast COMPASS. We show that S2Lb co-purifies with the AtCOMPASS core subunit WDR5, and both S2Lb and SDG2 directly influence H3K4me3 enrichment over highly transcribed genes. S2Lb knockout triggers pleiotropic developmental phenotypes at the vegetative and reproductive stages, including reduced fertility and seed dormancy. However, s2lb seedlings display little transcriptomic defects as compared to the large repertoire of genes targeted by S2Lb, SDG2, or H3K4me3, suggesting that H3K4me3 enrichment is important for optimal gene induction during cellular transitions rather than for determining on/off transcriptional status. Moreover, unlike in budding yeast, most of the S2Lb and H3K4me3 genomic distribution does not rely on a trans-histone crosstalk with histone H2B monoubiquitination. Conclusions Collectively, this study unveils that the evolutionarily conserved COMPASS-like complex has been co-opted by the plant-specific SDG2 histone methyltransferase and mediates H3K4me3 deposition through an H2B monoubiquitination-independent pathway in Arabidopsis. Electronic supplementary material The online version of this article (10.1186/s13059-019-1705-4) contains supplementary material, which is available to authorized users.