Abstract While enhancers are often regulated at the level of accessibility by pioneer factors, promoters tend to be constitutively accessible and poised for activation by paused Pol II — thus are often not considered as sites of developmental regulation. Here we show that the accessibility of promoters and the acquisition of paused Pol II can be subject to developmental regulation by pioneer factors. We show that Lola-I, a Drosophila zinc finger transcription factor, is ubiquitously expressed at the end of embryogenesis and causes its target promoters to become accessible and acquire paused Pol II throughout the embryo. This promoter transition is required but not sufficient for tissue-specific target gene expression. Lola-I mediates this function by binding to the edges of the promoter nucleosomes, which leads to their depletion, similar to the action of pioneer factors at enhancers. These results uncover a level of regulation for promoters that is normally found at enhancers, providing further evidence that promoters and enhancers display unexpectedly similar characteristics.

During development, transcription factors and signaling molecules govern gene regulatory networks to direct the formation of unique morphologies. As changes in gene regulatory networks are often implicated in morphological evolution, mapping transcription factor landscapes is important, especially in tissues that undergo rapid evolutionary change. The terminalia (genital and anal structures) of Drosophila melanogaster and its close relatives exhibit dramatic changes in morphology between species. While previous studies have found network components important for patterning the larval genital disc, the networks governing adult structures during pupal development have remained uncharted. Here, we performed RNA-seq in whole Drosophila melanogaster terminalia followed by in situ hybridization for 100 highly expressed transcription factors during pupal development. We find that the terminalia is highly patterned during pupal stages and that specific transcription factors mark separate structures and substructures. Our results are housed online in a searchable database ([flyterminalia.pitt.edu][1]) where they can serve as a resource for the community. This work lays a foundation for future investigations into the gene regulatory networks governing the development and evolution of Drosophila terminalia.Summary We performed RNA-seq in whole Drosophila melanogaster terminalia (genitalia and analia) followed by in situ hybridization for 100 highly expressed transcription factors during pupal development. We find that the pupal terminalia is highly patterned with specific transcription factors marking separate structures and substructures. Our results are housed online in a searchable database ([flyterminalia.pitt.edu][1]) where they can serve as a resource for the community. This work lays a foundation for future investigations into the gene regulatory networks governing the development and evolution of Drosophila terminalia. [1]: http://flyterminalia.pitt.edu

Abstract Core promoter types differ in the extent to which RNA polymerase II (Pol II) pauses after initiation, but how this difference affects their tissue-specific gene expression characteristics is not well understood. While promoters with Pol II pausing elements are active at all stages of development, TATA promoters are highly active in differentiated tissues. We therefore used a genomics approach on late-stage Drosophila embryos to analyze the properties of promoter types. Using tissue-specific Pol II ChIP-seq, we found that paused promoters have high levels of paused Pol II throughout the embryo, even in tissues where the gene is not expressed, while TATA promoters only show Pol II occupancy when the gene is active. This difference between promoter types is associated with different chromatin accessibility in ATAC-seq data and different expression characteristics in single-cell RNA data. The results suggest that promoter types have optimized different promoter properties: paused promoters show more consistent expression when active, while TATA promoters have lower background expression when inactive. We propose that tissue-specific effector genes have evolved to use two different strategies for their differential expression across tissues.