Stem cells, which regenerate tissue by producing differentiating cells, also produce cells that renew the stem cell population. Signals from regulatory microenvironments (niches) are thought to cause stem cells to retain self-renewing potential. However, the molecular characterization of niches remains an important goal. In Drosophila testes, germ line and somatic stem cells attach to a cluster of support cells called the hub. The hub specifically expresses Unpaired, a ligand activating the JAK-STAT (Janus kinase-signal transducer and activator of transcription) signaling cascade. Without JAK-STAT signaling, germ line stem cells differentiate but do not self-renew. Conversely, ectopic JAK-STAT signaling greatly expands both stem cell populations. We conclude that the support cells of the hub signal to adjacent stem cells by activation of the JAK-STAT pathway, thereby defining a niche for stem cell self-renewal.

Abstract Metazoan physiology depends on intricate patterns of gene expression that remain poorly known. Using transposon mutagenesis in Drosophila, we constructed a library of 7404 protein trap and enhancer trap lines, the Carnegie collection, to facilitate gene expression mapping at single-cell resolution. By sequencing the genomic insertion sites, determining splicing patterns downstream of the enhanced green fluorescent protein (EGFP) exon, and analyzing expression patterns in the ovary and salivary gland, we found that 600–900 different genes are trapped in our collection. A core set of 244 lines trapped different identifiable protein isoforms, while insertions likely to act as GFP-enhancer traps were found in 256 additional genes. At least 8 novel genes were also identified. Our results demonstrate that the Carnegie collection will be useful as a discovery tool in diverse areas of cell and developmental biology and suggest new strategies for greatly increasing the coverage of the Drosophila proteome with protein trap insertions.

For more than 100 years, the fruit fly

Although the ability of engrafted stem cells to regenerate tissue has received much attention, the molecular mechanisms controlling regeneration are poorly understood. In the Drosophila male germline, local activation of the Janus kinase–signal transducer and activator of transcription (Jak-STAT) pathway maintains stem cells; germline stem cells lacking Jak-STAT signaling differentiate into spermatogonia without self-renewal. By conditionally manipulating Jak-STAT signaling, we find that spermatogonia that have initiated differentiation and are undergoing limited mitotic (transit-amplifying) divisions can repopulate the niche and revert to stem cell identity. Thus, in the appropriate microenvironment, transit-amplifying cells dedifferentiate, becoming functional stem cells during tissue regeneration.

Abstract The ability to obtain single cell transcriptomes for stable cell types and dynamic cell states is ushering in a new era for biology. We created the Tabula Drosophilae , a single cell atlas of the adult fruit fly which includes 580k cells from 15 individually dissected sexed tissues as well as the entire head and body. Over 100 researchers from the fly community contributed annotations to >250 distinct cell types across all tissues. We provide an in-depth analysis of cell type-related gene signatures and transcription factor markers, as well as sexual dimorphism, across the whole animal. Analysis of common cell types that are shared between tissues, such as blood and muscle cells, allowed the discovery of rare cell types and tissue-specific subtypes. This atlas provides a valuable resource for the entire Drosophila community and serves as a comprehensive reference to study genetic perturbations and disease models at single cell resolution.

Abstract Proper differentiation of sperm from germline stem cells, essential for production of the next generation, requires dramatic changes in gene expression that drive remodeling of almost all cellular components, from chromatin to organelles to cell shape itself. Here we provide a single nucleus and single cell RNA-seq resource covering all of spermatogenesis in Drosophila starting from in-depth analysis of adult testis single nucleus RNA-seq (snRNA-seq) data from the Fly Cell Atlas (FCA) study (Li et al ., 2022). With over 44,000 nuclei and 6,000 cells analyzed, the data provide identification of rare cell types, mapping of intermediate steps in differentiation, and the potential to identify new factors impacting fertility or controlling differentiation of germline and supporting somatic cells. We justify assignment of key germline and somatic cell types using combinations of known markers, in situ hybridization, and analysis of extant protein traps. Comparison of single cell and single nucleus datasets proved particularly revealing of dynamic developmental transitions in germline differentiation. To complement the web-based portals for data analysis hosted by the FCA, we provide datasets compatible with commonly used software such as Seurat and Monocle. The foundation provided here will enable communities studying spermatogenesis to interrogate the datasets to identify candidate genes to test for function in vivo .

Sex chromosome gene content and expression is unusual. In many organisms, the X and Y chromosomes are inactivated in spermatocytes, possibly as a defense mechanism against insertions into unpaired chromatin. In addition to current sex chromosomes, Drosophila has a small gene-poor X-chromosome relic (4th) that re-acquired autosomal status. Using single-cell RNA-Seq, we demonstrate that the single X and pair of 4th chromosomes are specifically inactivated in primary spermatocytes. In contrast, genes on the single Y chromosome become maximally active in primary spermatocytes. Reduced X steady-state transcript levels are due to failed activation of RNA-Polymerase-II by phosphorylation of Serine 2 and 5.