Significance Ray-finned fishes form the largest and most diverse group of vertebrates. Establishing their phylogenetic relationships is a critical step to explaining their diversity. We compiled the largest comparative genomic database of fishes that provides genome-scale support for previous phylogenetic results and used it to resolve further some contentious relationships in fish phylogeny. A vetted set of exon markers identified in this study is a promising resource for current sequencing approaches to significantly increase genetic and taxonomic coverage to resolve the tree of life for all fishes. Our time-calibrated analysis suggests that most lineages of living fishes were already established in the Mesozoic Period, more than 65 million years ago.

An emerging cavefish model, the cyprinid genus Sinocyclocheilus, is endemic to the massive southwestern karst area adjacent to the Qinghai-Tibetan Plateau of China. In order to understand whether orogeny influenced the evolution of these species, and how genomes change under isolation, especially in subterranean habitats, we performed whole-genome sequencing and comparative analyses of three species in this genus, S. grahami, S. rhinocerous and S. anshuiensis. These species are surface-dwelling, semi-cave-dwelling and cave-restricted, respectively. The assembled genome sizes of S. grahami, S. rhinocerous and S. anshuiensis are 1.75 Gb, 1.73 Gb and 1.68 Gb, respectively. Divergence time and population history analyses of these species reveal that their speciation and population dynamics are correlated with the different stages of uplifting of the Qinghai-Tibetan Plateau. We carried out comparative analyses of these genomes and found that many genetic changes, such as gene loss (e.g. opsin genes), pseudogenes (e.g. crystallin genes), mutations (e.g. melanogenesis-related genes), deletions (e.g. scale-related genes) and down-regulation (e.g. circadian rhythm pathway genes), are possibly associated with the regressive features (such as eye degeneration, albinism, rudimentary scales and lack of circadian rhythms), and that some gene expansion (e.g. taste-related transcription factor gene) may point to the constructive features (such as enhanced taste buds) which evolved in these cave fishes. As the first report on cavefish genomes among distinct species in Sinocyclocheilus, our work provides not only insights into genetic mechanisms of cave adaptation, but also represents a fundamental resource for a better understanding of cavefish biology.

The large yellow croaker Larimichthys crocea (L. crocea) is one of the most economically important marine fish in China and East Asian countries. It also exhibits peculiar behavioral and physiological characteristics, especially sensitive to various environmental stresses, such as hypoxia and air exposure. These traits may render L. crocea a good model for investigating the response mechanisms to environmental stress. To understand the molecular and genetic mechanisms underlying the adaptation and response of L. crocea to environmental stress, we sequenced and assembled the genome of L. crocea using a bacterial artificial chromosome and whole-genome shotgun hierarchical strategy. The final genome assembly was 679 Mb, with a contig N50 of 63.11 kb and a scaffold N50 of 1.03 Mb, containing 25,401 protein-coding genes. Gene families underlying adaptive behaviours, such as vision-related crystallins, olfactory receptors, and auditory sense-related genes, were significantly expanded in the genome of L. crocea relative to those of other vertebrates. Transcriptome analyses of the hypoxia-exposed L. crocea brain revealed new aspects of neuro-endocrine-immune/metabolism regulatory networks that may help the fish to avoid cerebral inflammatory injury and maintain energy balance under hypoxia. Proteomics data demonstrate that skin mucus of the air-exposed L. crocea had a complex composition, with an unexpectedly high number of proteins (3,209), suggesting its multiple protective mechanisms involved in antioxidant functions, oxygen transport, immune defence, and osmotic and ionic regulation. Our results reveal the molecular and genetic basis of fish adaptation and response to hypoxia and air exposure. The data generated by this study will provide valuable resources for the genetic improvement of stress resistance and yield potential in L. crocea.

Abstract Single-cell technologies are becoming increasingly widespread and have been revolutionizing our understanding of cell identity, state, diversity and function. However, current platforms can be slow to apply to large-scale studies and resource-limited clinical arenas due to a variety of reasons including cost, infrastructure, sample quality and requirements. Here we report DNBelab C4 (C4), a negative pressure orchestrated, portable and cost-effective device that enables high-throughput single-cell transcriptional profiling. C4 system can efficiently allow discrimination of species-specific cells at high resolution and dissect tissue heterogeneity in different organs, such as murine lung and cerebral cortex. Finally, we show that the C4 system is comparable to existing platforms but has huge benefits in cost and portability and, as such, it will be of great interest for the wider scientific community.

ABSTRACT Stopping COVID-19 is a priority worldwide. Understanding which cell types are targeted by SARS-CoV-2 virus, whether interspecies differences exist, and how variations in cell state influence viral entry is fundamental for accelerating therapeutic and preventative approaches. In this endeavor, we profiled the transcriptome of nine tissues from a Macaca fascicularis monkey at single-cell resolution. The distribution of SARS-CoV-2 facilitators, ACE2 and TMRPSS2, in different cell subtypes showed substantial heterogeneity across lung, kidney, and liver. Through co-expression analysis, we identified immunomodulatory proteins such as IDO2 and ANPEP as potential SARS-CoV-2 targets responsible for immune cell exhaustion. Furthermore, single-cell chromatin accessibility analysis of the kidney unveiled a plausible link between IL6-mediated innate immune responses aiming to protect tissue and enhanced ACE2 expression that could promote viral entry. Our work constitutes a unique resource for understanding the physiology and pathophysiology of two phylogenetically close species, which might guide in the development of therapeutic approaches in humans. Bullet points We generated a single-cell transcriptome atlas of 9 monkey tissues to study COVID-19. ACE2 + TMPRSS2 + epithelial cells of lung, kidney and liver are targets for SARS-CoV-2. ACE2 correlation analysis shows IDO2 and ANPEP as potential therapeutic opportunities. We unveil a link between IL6, STAT transcription factors and boosted SARS-CoV-2 entry.

Abstract The repeated evolution of novel life histories correlating with ecological variables offer opportunities to test scenarios of convergence and determinism in genetic, developmental, and metabolic features. Here we leverage the diversity of aplocheiloid killifishes, a clade of teleost fishes that contains over 750 species on three continents. Nearly half of these are “annual” or seasonal species that inhabit bodies of water that desiccate and are unfeasible for growth, reproduction, or survival for weeks to months at a time. We present a large-scale phylogenomic reconstruction of aplocheiloid killifish evolution using newly sequenced transcriptomes from all major clades. We show that developmental dormancy (diapause) and annualism have up to seven independent origins in Africa and America. We then measure evolutionary rates of orthologous genes and show that annual life history is correlated with higher d N /d S ratios. Many of these fast-evolving genes in annual species constitute key developmental genes and nuclear-encoded metabolic genes that control oxidative phosphorylation. Lastly, we compare these fast-evolving genes to genes associated with developmental dormancy and metabolic shifts in killifishes and other vertebrates and thereby identify molecular evolutionary signatures of repeated evolutionary transitions to extreme environments.

Abstract Euglena gracilis ( E. gracilis ), pivotal in the study of photosynthesis, endosymbiosis, and chloroplast development, is also an industrial microalga for paramylon production. Despite its importance, E. gracilis genome exploration faces challenges due to its intricate nature. In this study, we achieved a chromosome-level de novo assembly (2.37 Gb) using Illumina, PacBio, Bionano, and Hi-C data. The assembly exhibited a contig N50 of 619 Kb and scaffold N50 of 1.12 Mb, indicating superior continuity. Approximately 99.83% of the genome was anchored to 46 chromosomes, revealing structural insights. Repetitive elements constituted 58.84% of the sequences. Functional annotations were assigned to 39,362 proteins, enhancing interpretative power. BUSCO analysis confirmed assembly completeness at 80.39%. This first high-quality E. gracilis genome offers insights for genetics and genomics studies, overcoming previous limitations. The impact extends to academic and industrial research, providing a foundational resource.

Studying tissue composition and function in non-human primates (NHP) is crucial to understand the nature of our own species. Here, we present a large-scale single-cell and single-nucleus transcriptomic atlas encompassing over one million cells from 43 tissues from the adult NHP Macaca fascicularis . This dataset provides a vast, carefully annotated, resource to study a species phylogenetically close to humans. As proof of principle, we have reconstructed the cell-cell interaction networks driving Wnt signalling across the body, mapped the distribution of receptors and co-receptors for viruses causing human infectious diseases and intersected our data with human genetic disease orthologous coordinates to identify both expected and unexpected associations. Our Macaca fascicularis cell atlas constitutes an essential reference for future single-cell studies in human and NHP.

The large yellow croaker Larimichthys crocea (L. crocea) is one of the most economically important marine fish in China and East Asian countries. It also exhibits peculiar behavioral and physiological characteristics, especially sensitive to various environmental stresses, such as hypoxia and air exposure. These traits may render L. crocea a good model for investigating the response mechanisms to environmental stress. To understand the molecular and genetic mechanisms underlying the adaptation and response of L. crocea to environmental stress, we sequenced and assembled the genome of L. crocea using a bacterial artificial chromosome and whole-genome shotgun hierarchical strategy. The final genome assembly was 679 Mb, with a contig N50 of 63.11 kb and a scaffold N50 of 1.03 Mb, containing 25,401 protein-coding genes. Gene families underlying adaptive behaviours, such as vision-related crystallins, olfactory receptors, and auditory sense-related genes, were significantly expanded in the genome of L. crocea relative to those of other vertebrates. Transcriptome analyses of the hypoxia-exposed L. crocea brain revealed new aspects of neuro-endocrine-immune/metabolism regulatory networks that may help the fish to avoid cerebral inflammatory injury and maintain energy balance under hypoxia. Proteomics data demonstrate that skin mucus of the air-exposed L. crocea had a complex composition, with an unexpectedly high number of proteins (3,209), suggesting its multiple protective mechanisms involved in antioxidant functions, oxygen transport, immune defence, and osmotic and ionic regulation. Our results provide novel insights into the mechanisms of fish adaptation and response to hypoxia and air exposure.

Adenoviruses, papillomaviruses, and polyomaviruses are collectively known as small DNA tumor viruses. Although it has long been recognized that small DNA tumor virus oncoproteins and capsid proteins show a variety of structural and functional similarities, it is unclear whether these similarities reflect descent from a common ancestor, convergent evolution, horizontal gene transfer among virus lineages, or acquisition of genes from host cells. Here, we report the discovery of a dozen new members of an emerging virus family, the Adomaviridae , that unite a papillomavirus/polyomavirus-like replicase gene with an adenovirus-like virion maturational protease. Adomaviruses were initially discovered in a lethal disease outbreak among endangered Japanese eels. New adomavirus genomes were found in additional commercially important fish species, such as tilapia, as well as in reptiles. The search for adomavirus sequences also revealed an additional candidate virus family, which we refer to as xenomaviruses, in mollusk datasets. Analysis of native adomavirus virions and expression of recombinant proteins showed that the virion structural proteins of adomaviruses are homologous to those of both adenoviruses and another emerging animal virus family called adintoviruses. The results pave the way toward development of vaccines against adomaviruses and suggest a framework that ties small DNA tumor viruses into a shared evolutionary history.Author Summary In contrast to cellular organisms, viruses do not encode any universally conserved genes. Even within a given family of viruses, the amino acid sequences encoded by homologous genes can diverge to the point of unrecognizability. Although members of an emerging virus family, the Adomaviridae , encode replicative DNA helicase proteins that are recognizably similar to those of polyomaviruses and papillomaviruses, the functions of other adomavirus genes have been difficult to identify. Using a combination of laboratory and bioinformatic approaches, we identify the adomavirus virion structural proteins. The results link adomavirus virion protein operons to those of other midsize non-enveloped DNA viruses, including adenoviruses and adintoviruses.