Abstract The outbreak of coronavirus disease (COVID-19) in China caused by SARS-CoV-2 virus continually lead to worldwide human infections and deaths. It is currently no specific viral protein targeted therapeutics yet. Viral nucleocapsid protein is a potential antiviral drug target, serving multiple critical functions during the viral life cycle. However, the structural information of SARS-CoV-2 nucleocapsid protein is yet to be clear. Herein, we have determined the 2.7 Å crystal structure of the N-terminal RNA binding domain of SARS-CoV-2 nucleocapsid protein. Although overall structure is similar with other reported coronavirus nucleocapsid protein N-terminal domain, the surface electrostatic potential characteristics between them are distinct. Further comparison with mild virus type HCoV-OC43 equivalent domain demonstrates a unique potential RNA binding pocket alongside the β-sheet core. Complemented by in vitro binding studies, our data provide several atomic resolution features of SARS-CoV-2 nucleocapsid protein N-terminal domain, guiding the design of novel antiviral agents specific targeting to SARS-CoV-2.

Abstract Metagenomic binning enables the in-depth characterization of microorganisms. To improve the resolution and efficiency of metagenomic binning, BASALT (Binning Across a Series of AssembLies Toolkit), a novel binning toolkit was present in this study, which recovers, compares and optimizes metagenomic assembled genomes (MAGs) across a series of assemblies from short-read, long-read or hybrid strategies. BASALT incorporates self-designed algorithms which automates the separation of redundant bins, elongate and refine best bins and improve contiguity. Evaluation using mock communities revealed that BASALT auto-binning obtained up to 51% more number of MAGs with up to 10 times better MAG quality from microbial community at low (132 genomes) and medium (596 genomes) complexity, compared to other binners such as DASTool, VAMB and metaWRAP. Using BASALT, a case-study analysis of a Salt Lake sediment microbial community from northwest arid region of China was performed, resulting in 426 non-redundant MAGs, including 352 and 69 bacterial and archaeal MAGs which could not be assigned to any known species from GTDB (ANI < 95%), respectively. In addition, two Lokiarchaeotal MAGs that belong to superphylum Asgardarchaeota were observed from Salt Lake sediment samples. This is the first time that candidate species from phylum Lokiarchaeota was found in the arid and deep-inland environment, filling the current knowledge gap of earth microbiome. Overall, BASALT is proven to be a robust toolkit for metagenomic binning, and more importantly, expand the Tree of Life.

Verbal sounds can be associated with specific meanings, a phenomenon called sound symbolism. Previous findings of sound symbolism have shown that words including specific consonants or vowels or mouth shapes to pronounce specific vowels associate with specific and subjective physical and emotional evaluations. The purpose of this study was to examine whether each written vowel in a given language was individually associated with specific subjective evaluations. Six hundred and thirteen participants used five-point semantic differential scales for 10 features (size, closeness, thickness, width, weight, height, depth, affection, excitement and familiarity) to rate written Japanese vowels (a , i , u , e , and o ). The results showed that the size, closeness, thickness and width of a , u and o were significantly higher than those of i and e , whereas the affection and familiarity of a were higher than the others. These results were consistent with previous findings in which vowels in sound-symbolic words have been associated with physical (i.e., size, closeness, thickness and width) and emotional (i.e., affection) evaluations. Our findings suggest that each written Japanese vowel itself, with its individual characteristics, could individually contribute to specific and subjective physical and emotional evaluations. These findings provide insights on how we could better use letters for communicative relationships among writers and readers.

This study reveals associative processes for novel words in a second language (L2) and their referents. Thirty Japanese participants learned associative pairs for novel words in Chinese and pictorial referents (CP), as well as novel words in Chinese and words in Japanese (CJ), against a condition in which they learned only novel words in Chinese (C). After the learning phase, participants conducted two learning condition retrieval tasks for word recognition and three recognition tasks for the source-monitoring of the referents. The correct answers for each recognition task were provided to participants after each trial. Although the correct answers in all conditions increased in both the recognition and learning condition retrieval tasks, there was no significant difference among conditions. In contrast, the response times of the correct trials in all recognition tasks and the first learning condition retrieval tasks were faster for the CP condition than the CJ condition. Additionally, in the second learning condition retrieval task, missed items in associative conditions (CP and CJ conditions) were judged to be learned items more often than unlearned items, whereas missed items in the non-associative condition (C condition) were judged to be unlearned items more than learned items. These findings suggest that pictures contribute to the recognition and retrieval speeds of associations between novel words in L2 and referents, and that associative learning of L2 words and referents could enhance more familiarity effects than the learning of L2 words only.

Abstract Reconstructing neuron morphology is central to uncovering the complexity of the nervous system. That is because the morphology of a neuron essentially provides the physical constraints to its intrinsic electrophysiological properties and its connectivity. Recent advances in imaging technologies generated large quantities of high-resolution 3D images of neurons in the brain. Furthermore, the multispectral labeling technology, Brainbow permits unambiguous differentiation of neighboring neurons in a densely labeled brain, therefore enables for the first time the possibility of studying the connectivity between many neurons from a light microscopy image. However, lack of reliable automated neuron morphology reconstruction makes data analysis the bottleneck of extracting rich informatics in neuroscience. Supervoxel-based neuron segmentation methods have been proposed to solve this problem, however, the use of previous approaches has been impeded by the large numbers of errors which arise in the final segmentation. In this paper, we present a novel unsupervised approach to trace neurons from multispectral Brainbow images, which prevents segmentation errors and tracing continuity errors using two innovations. First, we formulate a Gaussian mixture model-based clustering strategy to improve the separation of segmented color channels that provides accurate skeletonization results for the following steps. Next, a skeleton graph approach is proposed to allow the identification and correction of discontinuities in the neuron tree topology. We find that these innovations allow our approach to outperform current state-of-the-art approaches, which results in more accurate neuron tracing as a tree representation close to human expert annotation.

Abstract Objectives Although the role of the CSF1/CSF1R axis in pigmented villonodular synovitis (PVNS) has been confirmed, the cells that express CSF1 and CSF1R and the underlying mechanism remain unclear. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) of PVNS obtained through biopsies depicted the cellular diversity of PVNS, revealed specific CSF1/CSF1R-expressing cells and further identified novel gene expression that is associated with the development of PVNS. Methods scRNA-seq was performed on tissues obtained from the 6 biopsies of 3 patients with PVNS. Flow cytometry, immunofluorescence and western blot validated the transcriptional results, while co-culture systems revealed the cross talk between fibroblasts and macrophages. Results 8 subsets of fibroblasts and 5 subsets of macrophages were identified from the synovium of patients with PVNS and were found to be related to distinct signaling pathways. The cellular components of localized and diffuse PVNS are overall similar. Moreover, the synovium and nodule of PVNS share similar composition. The specific cells expressing CSF1/CSF1R were also identified. Other than that, unique CXCL12 + CSF1 + fibroblasts were revealed to attract macrophages as disease-causing synovial fibroblasts, leading to the formation of masses in PVNS. Conclusions PVNS consists of macrophages, fibroblasts, T cells, endothelial cells and mast cells. Among them, the CSF1-expressing fibroblasts appeared to be tumor-like cells that attract macrophages, subsequently forming tumor-like mass in PVNS. This paves the path for novel treatments of PVNS by targeting CXCL12 + CSF1 + fibroblasts and the CXCL12-CXCR4 axis.

Abstract Emerging evidence indicates that in addition to the well-recognized antiviral RNA silencing, dsRNA elicits responses of pattern-triggered immunity (PTI), likely contributing plant resistance against virus infections. However, compared to bacterial and fungal elicitor-mediated PTI, the mode-of-action and signaling pathway of dsRNA-induced defense remain poorly characterized. Here, using multi-color in vivo imaging by GFP mobility, staining of callose and plasmodesmal marker lines, we show that dsRNA-induced PTI restricts the progression of virus infection by triggering callose deposition at plasmodesmata, thereby likely limiting the macromolecular transport through these cell-to-cell communication channels. The plasma membrane-resident kinase module of SERK1 and BIK1/PBL1, plasmodesmata-localized proteins PDLP1/2/3 and calmodulin-like CML41, and Ca 2+ signals are involved in the dsRNA-induced signaling leading to callose deposition at plasmodesmata and antiviral defense. In addition, unlike classical bacterial elicitor flagellin, dsRNA does not trigger detectable reactive oxygen species (ROS) burst, further substantiating a partially shared immune signaling framework with distinct features triggered by different microbial patterns. Likely as a counteract strategy, viral movement proteins from different viruses suppress the dsRNA-induced host response leading to callose deposition to achieve infection. Thus, our data support the new model of how plant immune signaling constrains the virus movement by inducing callose deposition at plasmodesmata and how viruses counteract this layer of immunity. One-sentence summary dsRNA-induced antiviral PTI targets plasmodesmata for callose deposition and is suppressed by virus-encoded movement proteins. IN A NUTSHELL Background Plants use different defense mechanisms pathogens. The major mechanism that plants use for defense against viruses is known as RNA silencing. This mechanism is triggered by the presence of viral double-stranded (ds)RNA and uses small RNAs to inhibit viral replication by targeting the viral genome for degradation. Recently, it was found that dsRNA elicits antiviral defense also through a protein-mediated mechanism known as pattern-triggered immunity (PTI). However, the underlying mechanism of antiviral PTI and how viruses overcome this plant defense mechanism to cause infection is unknown. Question In this study we asked how dsRNA-induced PTI acts to inhibit virus infection and whether we can identify components of the PTI signaling pathway. Moreover, we wanted to know how viruses overcome this plant host defense response in order to cause infection. Findings We demonstrate that dsRNA-induced PTI targets plasmodesmata (PD), the intercellular communication conduits in plant cell walls that viruses use to spread infection from cell to cell. By inducing the deposition of callose, dsRNA-induced PTI reduces PD permeability, thus restricting virus movement. We identified PTI signaling components required for dsRNA-induced PD callose deposition and delineate a PTI pathway showing important difference to PTI pathways triggered by microbial elicitors. Moreover, viral movement proteins (MPs) suppress the dsRNA-induced callose deposition response at PD. This leads to a new model of how plant immune signaling constrains virus movement and how viruses counteract this layer of immunity. Next steps This study calls upon the identification of the PTI dsRNA receptor and the mechanisms of PTI signaling (involving identified components such as SERK1, BIK1, calcium channels, CML41, PDLP1/2/3) and PTI suppression by MPs, and how dsRNA-induced PTI and RNA silencing are controlled during the spread of infection.

Abstract Brain shift is an important obstacle to the application of image guidance during neurosurgical interventions. There has been a growing interest in intra-operative imaging to update the image-guided surgery systems. However, due to the innate limitations of the current imaging modalities, accurate brain shift compensation continues to be a challenging task. In this study, the application of intra-operative photoacoustic imaging and registration of the intra-operative photoacoustic with pre-operative MR images is proposed to compensate for brain deformation. Finding a satisfactory registration method is challenging due to the unpredictable nature of brain deformation. In this study, the co-sparse analysis model is proposed for photoacoustic -MR image registration, which can capture the interdependency of the two modalities. The proposed algorithm works based on the minimization of the mapping transform via a pair of analysis operators that are learned by the alternating direction method of multipliers. The method was evaluated using experimental phantom and ex-vivo data obtained from the mouse brain. The results of phantom data show about 63% improvement in target registration error in comparison with the commonly used normalized mutual information method. Results proved that intra-operative photoacoustic images could become a promising tool when the brain shift invalidated pre-operative MRI.

Abstract Root system is critical for plant growth and development. To develop plant growth regulators functioning in root development, we performed a phenotype-based chemical screen in Arabidopsis and identified a chemical, nalacin, that mimicked the effects of auxin on root development. Genetic, pharmacological and biochemical approaches demonstrated that nalacin exerts its auxin-like activities by inhibiting indole-3-acetic acid (IAA) conjugation that is mediated by Gretchen Hagen 3 (GH3) acyl acid amido synthetases. The crystal structure of Arabidopsis GH3.6 in complex with D4 (a derivative of nalacin) together with docking simulation analysis revealed the molecular basis of the inhibition of group II GH3 by nalacin. Sequence alignment analysis indicated broad bioactivities of nalacin and D4 as inhibitors of GH3s in vascular plants, which were confirmed, at least, in tomato and rice. In summary, our work identifies nalacin as a potent inhibitor of IAA conjugation mediated by group II GH3 that plays versatile roles in hormone-regulated plant development and has potential applications in both basic research and agriculture.

Abstract During spermatogenesis, multiple testis-specific histone variants are involved in the dynamic chromatin transitions. H2BFWT is a primate testis-specific H2B variant with hitherto unclear functions, and SNPs of H2BFWT are closely associated with male non-obstructive infertility. Here, we found that H2BFWT is preferentially localized in the sub-telomeric regions and the promoters of genes highly expressed in testis from differentiated spermatogonia to early spermatocytes. Cryo-EM structural analysis shows that H2BFWT nucleosomes are defined by weakened interactions between H2A-H2BFWT dimer and H4, and between histone octamer and DNA. Furthermore, one of its SNPs, H2BFWTH100R further destabilizes nucleosomes and increases the nucleosome unwrapping rate by interfering with the interaction with H4K91. Our results suggest that H2BFWT may be necessary for the regulation of spermatogenesis-related gene expression by decreasing transcriptional barriers, and that H2BFWTH100R overdrives its nucleosome-destabilizing effects which causes infertility.