Wednesday, 19th September 2018

Genome Dynamics and Function

    DNA replication, cell division and chromatin




Crisanto Gutierrez






Research summary

Identifying DNA replication origins in a whole A. thaliana plant by massive sequencing of a purified sample of short nascent strands (SNS-seq). The replication origins identified here (4 dayl-old seedling) correspond to those active in all proliferating cell types.
The Arabidopsis genome (Chr 1) in 9 color-coded chromatin states.
Identification of histone H3.1 and H3.3 in teh Arabidopsis root.


The transition to multicellularity required the evolution of novel structures and mechanisms to coordinate cell division, acquisition of cell fates and the differentiation, and the establishment of complex regulatory networks. Our group is interested in understanding the mechanisms that control these processes and how epigenetic mechanisms affect such coordination. To that end, we use the model plant Arabidopsis thaliana that offers the possibility of carrying out molecular, cellular, genetic and genomic approaches. In addition, plant development, contrary to the situation in animals, is post-embryonic and occurs during the entire life of the organism. Our research is aimed at understanding fundamental questions on cell proliferation control, cellular homeostasis and genome replication in multicellular organisms.

Cell proliferation is crucial for organogenesis, which is determined by a strict control of gene expression patterns. We study chromatin dynamics along the cell cycle with special emphasis in two aspects: one, the regulation of cell proliferation potential, very related to the control of gene expression in G1 and G2, and the exit to differentiation, and another, related to genome replication.

This implies that not only DNA but chromatin needs to be duplicated every cell cycle. In turn, several stages of genome replication are associated with specific chromatin states. We have identified 9 distinct chromatin states that define the Arabidopsis genome based on specific combinations of epigenetic marks (signatures). We are also developing genomic strategies to study the functional properties of replication origins in all cell types of the whole organism to determine the influence of hormonal conditions, developmental signals and the environment. This approach is allowing us to use mutants to study genome replication.





Desvoyes, B.*, Vergara, Z.*, Sequeira-Mendes, J., Madeira, S., Gutierrez, C. (2017) A rapid and efficient ChIP protocol to profile chromatin binding proteins and epigenetic modifications in bulk Arabidopsis tissue. Methods Mol. Biol. 1675, 71-81. * shared 1st coauthorship.  

Desvoyes, B.*,+, Sequeira-Mendes, J.*, Vergara, Z., Madeira, S., Gutierrez, C+. (2017) Sequential ChIP protocol for profiling bivalent epigenetic modifications in the same chromatin fiber (ReChIP). Methods Mol. Biol. 1675, 83-97.  * shared 1st coauthorship, + Co-corespondent authors

Dvorackova, M., Raposo, B., Matula, P., Fuchs, J., Schubert, V., Peska, V., Desvoyes, B., Gutierrez, C., Fajkus, J. (2017)  Replication of Ribosomal RNA Genes in Arabidopsis thaliana Occurs both inside and outside of the Nucleolus during S-Phase Progression. J. Cell Sci. (in press; doi: 10.1242/jcs.202416).

Vergara, Z., Sequeira-Mendes, J., Morata, J., Hénaff, E., Peiró, R., Costas, C., Casacuberta, J.M., Gutierrez, C. (2017) Retrotransposons are specified as DNA replication origins in the gene-poor regions of Arabidopsis heterochromatin. Nucleic Acids Res. 45, 8358-8368.

Fernandez-Marcos, M., Desvoyes, B., Manzano, C., Liberman, L.M., Benfey, P.N., del Pozo, J.C., Gutierrez, C. (2017) Control of Arabidopsis lateral root boundaries by MYB36. New Phytol. 213, 105-112.

Vergara, Z., Gutierrez, C. (2017) Emerging roles of chromatin in the maintenance of genome organization and function in plants. Genome Biol. 18, 96.


Gutierrez, C., Desvoyes, B., Vergara, Z., Otero, S., Sequeira-Mendes, J. (2016) Links of genome replication, transcriptional silencing and chromatin dynamics. Curr. Opin. Plant. Biol. 34, 92-99.

Desvoyes, B., Gutierrez, C. (2016) A plant solution to the CDK conundrum in the DNA damage response. EMBO J. 35, 2061-2063. 

Gutierrez, C. (2016) 25 years of cell cycle research: what’s ahead?  Trends Plant Sci. 21, 823-833.

Sequeira-Mendes, J., Gutierrez, C. (2016) Genome architecture: from linear organisation of chromatin to 3D assembly in the nucleus. Chromosoma 125, 455-469.

Otero, S*., Desvoyes, B.*, Peiró, R., Gutierrez, C. (2016) Histone H3 dynamics uncovers domains with distinct proliferation potential in the Arabidopsis root. Plant Cell 28, 1361-1371 * 1st coauthors.              Plant Cell 28, 1235 (2016) In Brief- Hofmann, N. Last exit to differentiation: histone variants as signspots.

Mauri, N., Fernandez-Marcos, M., Costas, C., Desvoyes, B., Pichel, A., Caro, E., Gutierrez, C. (2016) GEM, a member of the GRAM domain family of proteins, is part of the ABA signaling pathway. Sci. Rep. 6, 22660.

García-Cruz, K., García-Ponce, B., Garay-Arroyo, A., Sanchez, M.P., Ugartechea-Chirino, Y., Desvoyes, B., Pacheco-Escobedo, M., Tapia-López, R., Ransom-Rodriguez, I., Gutierrez, C., Alvarez-Buylla, E. (2016) The MADS-box XAANTAL1 Increases proliferation at the Arabidopsis root stem-cell niche and participates in transition to differentiation by regulating cell cycle components. Ann. Bot.117, 787-796.

Havlová, K., Dvořáčková, M., Peiro, R, Abia, D., Mozgová, I., Vansáčová, L., Gutierrez, C., Fajkus, J. (2016) Variation of 45S rDNA intergenic spacers in Arabidopsis thaliana. Plant. Mol. Biol. 92, 457-471.


Gutierrez, C., Puchta H. (2015) Chromatin and Development: s Special issue. Editorial. Plant J. 83, 1-3.

Sequeira-Mendes, J., Gutierrez, C. (2015) Links between genome replication control and chromatin landscapes. Plant J. 83, 38-51.

Rodriguez-Mega, E., Pyñeiro-Nelson, A., Gutierrez, C., Garcia-Ponce, B., Sanchez, M.P., Zluhen-Martinez, E., Alvarez-Buylla, E.R., Garay-Arroyo, A. (2015) The role of transcriptional regulation in the evolution of plant phenotype. Dev. Dyn. 244, 1074–1095.


Desvoyes, D., Fernandez-Marcos, M., Sequeira-Mendes, J., Otero, S., Vergara, Z., Gutierrez, C. (2014) Looking at plant cell cycle from the chromatin window. Frontiers Plant Sci. 5, 369.

Sequeira-Mendes, J., Aragüez, I., Peiró, R., Zhang, X., Jacobsen, S.E., Bastolla, U., Gutierrez, C. (2014) The Functional Topography of the Arabidopsis Genome is organized in a reduced Number of linear Motifs of Chromatin states. Plant Cell 26, 2351-2366.

Otero, S., Desvoyes, B., Gutierrez, C. (2014) Histone H3 dynamics in plant cell cycle and development. Cytogenet. Genomic Res. 143, 114-124.

Edgar, B.A., Zielke, N., Gutierrez, C. (2014) Endocycles: a recurrent evolutionary innovation for post-mitotic cell growth. Nature Rev Cell Mol. Biol. 15, 197-210.

Coego, A., Brizuela, E., Castillejo, P., Ruiz, S., Koncz, C., del Pozo, J.C., Piñeiro, M., Jarillo, J.A., Paz-Ares, J., Leon J., and the TRANSPLANTA Consortium. (2014) The TRANSPLANTA Collection of Arabidopsis Lines: A resource for Functional Analysis of Transcription Factors based on their conditional Overexpression. Plant J. 77, 944-953.

Desvoyes, B., de Mendoza, A., Ruiz-Trillo, I., Gutierrez, C. (2014) Novel roles of plant RETINOBLASTOMA-RELATED (RBR) protein in cell proliferation and asymmetric cell division. J. Exp. Bot. 65, 2657-2666.

Hénaff, E., Vives, C., Desvoyes, B., Chaurasia, A., Payet, J., Gutierrez, C., Casacuberta, JM. (2014) Extensive amplification of the E2F transcription factor binding sites by transposons during evolution of Brassica species. Plant J. 77, 852-862.


Lario, L., Ramirez-Parra, E., Gutierrez, C., Spampinato, C., Casati, P. (2013) ANTI-SILENCING FUNCTION1 proteins are involved in ultraviolet-induced DNA damage repair and are cell cycle regulated by E2F transcription factors in Arabidopsis. Plant Physiol. 162, 1164-1177.

Triviño, M., Martín-Trillo, M., Ballesteros I., Delgado D., de Marcos, A., Desvoyes, B., Gutierrez, C., Mena, M., Fenoll, C. (2013) Timely expression of Arabidopsis stoma-fate master regulator MUTE is required for specification of other epidermal cell types. Plant J. 75, 808-822.

Gutierrez, C., Sequeira-Mendes, J., Aragüez, I. (2013) Replication of Plant genomes. In: The Plant Sciences: Molecular Biology. M. Tester, R. A. Jorgensen, Eds. Article ID: 349832. Springer.


Stroud, H.+, Otero, S. +, Desvoyes, B., Ramirez-Parra, E., Jacobsen, S.E., Gutierrez, C. Genome-wide analysis of histone H3.1 and H3.3 variants in Arabidopsis thaliana. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109, 5370-5375 (2012). + Co-first authors

Sanchez, M.P. +, Costas, C. +, Sequeira-Mendes, J. +, Gutierrez, C. DNA replication control in plants. (2012) Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 4:a01014+ Co-first authors

Manzano, C., Ramirez-Parra, E., Casimiro, I., Otero, S., Desvoyes, B., De Rybel, B., Beeckman, T., Casero, P., Gutierrez, C., del Pozo, J.C. Auxin and epigenetic regulation of SKP2B, an F-box that represses lateral root formation. Plant Physiol. 160, 749-762 (2012).

Caro, E., Desvoyes, B., Gutierrez, C. (2012) GTL1 keeps cell growth and nuclear ploidy under control. EMBO J. 31, 4483-4485 (2012).


Costas, C.+, Sanchez, M.P.+, Stroud, H.+, Yu, Y., Oliveros, J.C., Feng, S., Benguria, A., López-Vidriero, I., Zhang, X., Solano, R., Jacobsen, S.E., Gutierrez, C. (2011) Genome-wide mapping of Arabidopsis origins of DNA replication and their associated epigenetic marks. Nat. Struct. Mol. Biol. 18, 395-400.   + Co-first authors

Lario, L., Ramirez-Parra, E., Gutierrez, C., Casati, P., Spampinato, C. (2011) Regulation of plant MSH2 and MSH6 genes in the UV-B induced DNA damage response. J. Exp. Bot. 62, 2925-2937.

Costas, C. +, Desvoyes, B. +, Gutierrez, C. (2011) A chromatin perspective of cell cycle progression. Biochim. Biophys. Acta 1809, 379-387. + Co-first authors

Costas, C. +, Sanchez, M.P. +, Sequeira-Mendes, J. +, Gutierrez, C. (2011) Progress in understanding DNA replication control. Plant Sci. 181, 203-209. + Co-first authors

Sanmartin, M., Sauer, M., Muñoz, A., Zouhar, J., Ordoñez, A., van de Ven, W.T.G., Caro, E., Sanchez, M.P., Raikhel, N., Gutierrez, C., Sanchez-Serrano, J.J., Rojo, E. (2011) A molecular switch for initiating cell differentiation in Arabidopsis. Curr. Biol. 21, 999-1008.


Desvoyes, B., Sanchez, M.P., Ramirez-Parra, E., Gutierrez, C. (2010) Impact of nucleosome dynamics and histone modifications on cell proliferation during Arabidopsis development. Heredity 105, 80-91.

Jacob, Y.*, Stroud, H.*, LeBlanc, C., Feng, S., Zhou, L., Caro, E., Hassel, C., Gutierrez, C., Michaels, S.D., Jacobsen, S.E. (2010) Two histone H3 lysine methyltransferases, ATXR5 and ATXR6, regulate DNA replication in heterochromatin. Nature 466, 987-991.
















NOTE! This site uses cookies and similar technologies.

If you not change browser settings, you agree to it. Learn more

I understand


¿Qué son las cookies?

Una cookie es un fichero que se descarga en su ordenador al acceder a determinadas páginas web. Las cookies permiten a una página web, entre otras cosas, almacenar y recuperar información sobre los hábitos de navegación de un usuario o de su equipo y, dependiendo de la información que contengan y de la forma en que utilice su equipo, pueden utilizarse para reconocer al usuario.

Tipos de cookies

A continuación, se realiza una clasificación de las cookies en función de una serie de categorías. No obstante es necesario tener en cuenta que una misma cookie puede estar incluida en más de una categoría.

  1. Tipos de cookies según la entidad que las gestione

    Según quien sea la entidad que gestione el equipo o dominio desde donde se envían las cookies y trate los datos que se obtengan, podemos distinguir:

    • Cookies propias: son aquéllas que se envían al equipo terminal del usuario desde un equipo o dominio gestionado por el propio editor y desde el que se presta el servicio solicitado por el usuario.
    • Cookies de terceros: son aquéllas que se envían al equipo terminal del usuario desde un equipo o dominio que no es gestionado por el editor, sino por otra entidad que trata los datos obtenidos través de las cookies. En el caso de que las cookies sean instaladas desde un equipo o dominio gestionado por el propio editor pero la información que se recoja mediante éstas sea gestionada por un tercero, no pueden ser consideradas como cookies propias.

  2. Tipos de cookies según el plazo de tiempo que permanecen activadas

    Según el plazo de tiempo que permanecen activadas en el equipo terminal podemos distinguir:

    • Cookies de sesión: son un tipo de cookies diseñadas para recabar y almacenar datos mientras el usuario accede a una página web. Se suelen emplear para almacenar información que solo interesa conservar para la prestación del servicio solicitado por el usuario en una sola ocasión (p.e. una lista de productos adquiridos).
    • Cookies persistentes: son un tipo de cookies en el que los datos siguen almacenados en el terminal y pueden ser accedidos y tratados durante un periodo definido por el responsable de la cookie, y que puede ir de unos minutos a varios años.

  3. Tipos de cookies según su finalidad

    Según la finalidad para la que se traten los datos obtenidos a través de las cookies, podemos distinguir entre:

    • Cookies técnicas: son aquéllas que permiten al usuario la navegación a través de una página web, plataforma o aplicación y la utilización de las diferentes opciones o servicios que en ella existan como, por ejemplo, controlar el tráfico y la comunicación de datos, identificar la sesión, acceder a partes de acceso restringido, recordar los elementos que integran un pedido, realizar el proceso de compra de un pedido, realizar la solicitud de inscripción o participación en un evento, utilizar elementos de seguridad durante la navegación, almacenar contenidos para la difusión de videos o sonido o compartir contenidos a través de redes sociales.
    • Cookies de personalización: son aquéllas que permiten al usuario acceder al servicio con algunas características de carácter general predefinidas en función de una serie de criterios en el terminal del usuario como por ejemplo serian el idioma, el tipo de navegador a través del cual accede al servicio, la configuración regional desde donde accede al servicio, etc.
    • Cookies de análisis: son aquéllas que permiten al responsable de las mismas, el seguimiento y análisis del comportamiento de los usuarios de los sitios web a los que están vinculadas. La información recogida mediante este tipo de cookies se utiliza en la medición de la actividad de los sitios web, aplicación o  lataforma y para la elaboración de perfiles de navegación de los usuarios de dichos sitios, aplicaciones y plataformas, con el fin de introducir mejoras en función del análisis de los datos de uso que hacen los usuarios del servicio.

Cookies utilizadas en nuestra web

La página web del CBMSO utiliza Google Analytics. Google Analytics es una herramienta sencilla y fácil de usar que ayuda a los propietarios de sitios web a medir cómo interactúan los usuarios con el contenido del sitio. Puede consultar más información sobre las cookies utilizadas por Google Analitycs en este enlace.

Aceptación de la Política de cookies

El Centro de Biología Molecular Severo Ochoa asume que usted acepta el uso de cookies si continua navegando al considerar que se trata de una acción consciente y positiva de la que se infiere el consentimiento del usuario. En tal sentido se le informa previamente de que tal conducta será interpretada en el sentido de que acepta la instalación y utilización de las cookies.

Ante esta información es posible llevar a cabo las siguientes acciones:

Cómo modificar la configuración de las cookies

Usted puede restringir, bloquear o borrar las cookies de cualquier página web, utilizando su navegador. En cada navegador la operación es diferente, aquí le mostramos enlaces sobre este particular de los navegadores más utilizados: