The ongoing coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic calls for effective control and prevention. Chinese medicine (CM) has developed systematic theories and approaches for infectious disease prevention over 2000 years. Here, we review and analyze Chinese herbal medicines (CHM) used in infectious disease prevention from ancient pestilences to modern epidemics and pandemics to share cumulative preventive medical experience. A total of 829 formulas, including 329 herbs from 189 ancient books, 131 formulas with 152 herbs, and 13 Chinese patent medicines (CPM) from 30 official Chinese prevention programs used in ancient epidemics, SARS, influenza and COVID-19 prevention, were reviewed and analyzed. Preventive CHM mainly has four functions and can be taken orally or applied externally. CHM that kill pathogens (Realgar [Xionghuang], Cyrtomium Fortunei J. Sm[Guanzhong]) were commonly used externally for disinfection in ancient prevention while CHM tonifying Qi (Astragali Radix [Huangq], Glycyrrhizae Radix et Rhizoma [Gancao]) are used for modern prevention. Taking CHM that expel pathogens (Realgar [Xionghuang], Lonicerae Japonicae Flos[Jinyinhua]) and CHM eliminating dampness (Atractylodis Rhizoma [Cangzhu], Pogostemonis Herba[Guanghuoxiang]) have been commonly used from ancient times to COVID-19. Damp toxins are a common characteristic of infectious diseases such as SARS and COVID-19. Thus, taking CHM expelling damp toxins and tonifying Qi are the main methods for SARS and COVID-19 prevention. CHM with different approaches have been widely used in infectious disease prevention from ancient times to the present. Multiple CM prevention methods may provide new perspectives for future pandemics.

Abstract Interpreting and integrating results from omics studies typically requires a comprehensive and time consuming survey of extant literature. Here, we introduce GeneCup, an easy to use literature mining web service that searches all PubMed abstracts for user-provided gene symbols in conjunction with a set of custom keywords organized into a customized ontology, as well as results from human genome-wide association studies (GWAS). As an example, we organized over 300 keywords related to drug addiction into seven categories. The literature search is conducted by querying the NIH PubMed server using a programming interface, which is followed by retrieving abstracts from a local copy of the PubMed archive. The main results presented to the user are individual sentences containing the gene symbol, organized by the keywords they also contain. These sentences are presented through an interactive graphical interface or as tables. GWAS results are displayed using a similar method. All results are linked to the original abstract in PubMed. In addition, a convolutional neural network is employed to distinguish sentences describing systemic stress from those describing cellular stress. The automated and comprehensive search strategy provided by GeneCup facilitates the integration of new discoveries from omic studies with existing literature. GeneCup is free and open source software. The source code of GeneCup and the link to a running instance is available at https://github.com/hakangunturkun/GeneCup

Abstract We developed a framework for identifying trait-associated genes in rats and facilitating the transfer of polygenic evidence across species by expanding the transcriptome-wide association (TWAS) approach to rats. Our analysis successfully trained transcript predictors for over 8000 genes in each of the five brain regions of rats, revealing several shared properties of gene regulation with humans. Moreover, mirroring trends observed in humans, our findings showed that sparse predictors using variants in cis are more effective than polygenic predictors and that gene expression prediction in rats is highly correlated across brain regions. Importantly, our analysis also identified a significant overlap between genes associated with rat and human body length and BMI, indicating rat models may be useful for studying the genetic basis of complex traits in humans. RatXcan represents a valuable tool for uncovering shared biological mechanisms of complex traits across species, with potential applications in a wide range of research fields.

ABSTRACT Young blood plasma is known to confer beneficial effects on various organs in mice and rats. However, it was not known whether plasma from young pigs rejuvenates old rat tissues at the epigenetic level; whether it alters the epigenetic clock, which is a highly accurate molecular biomarker of aging. To address this question, we developed and validated six different epigenetic clocks for rat tissues that are based on DNA methylation values derived from n=613 tissue samples. As indicated by their respective names, the rat pan-tissue clock can be applied to DNA methylation profiles from all rat tissues, while the rat brain-, liver-, and blood clocks apply to the corresponding tissue types. We also developed two epigenetic clocks that apply to both human and rat tissues by adding n=1366 human tissue samples to the training data. We employed these six rat clocks to investigate the rejuvenation effects of a porcine plasma fraction treatment in different rat tissues. The treatment more than halved the epigenetic ages of blood, heart, and liver tissue. A less pronounced, but statistically significant, rejuvenation effect could be observed in the hypothalamus. The treatment was accompanied by progressive improvement in the function of these organs as ascertained through numerous biochemical/physiological biomarkers and behavioral responses to assess cognitive functions. An immunoglobulin G (IgG) N-glycosylation pattern shift from pro-to anti-inflammatory also indicated reversal of glycan aging. Overall, this study demonstrates that a young porcine plasma-derived treatment markedly reverses aging in rats according to epigenetic clocks, IgG glycans, and other biomarkers of aging.

Abstract Background RNA editing is a post-transcriptional modification that complement variation at the DNA level. Until now, different RNA editing systems were found in the major eukaryotic lineages. However, the evolution trajectory in plant chloroplast remains unclear. To gain a better understanding of RNA editing in plant chloroplast, in this study, based on publicly available RNA-seq data across three plant lineages (fern, gymnosperm, and angiosperm), we provided a detailed analysis of RNA editing events in plant chloroplasts and discussed the evolution of RNA editing in land plants. Results There were a total of 5,389 editing sites located in leaf chloroplast identified across 21 plants after rigorous screening. We found that the cluster of RNA editing sites across 21 plants complied with the phylogenetic tree based on linked protein sequences approximately, and majority (∼ 95%) of the editing events resulted in non-synonymous codon changes, RNA editing occurred in second codon position was mainly the largest. Additionally, RNA editing caused an overall increase in hydrophobicity of the resulting proteins. The analyses also revealed that there is an uneven distribution of editing sites among species, genes, and codon positions, the average RNA editing extent varied among different plant species as well as genes. Finally, we found that the loss of editing sites along angiosperm evolution is mainly occurring by reduce of cytosines content, fern plants has the highest cytosine content, with the evolution of plants, cytosine were lost in RNA edited genes. Conclusions Many of the identified sites in our study have not been previously reported and represent a valuable data set for future research community. Our findings provide valuable information for evolution of RNA editing in plants.

Abstract Power analyses are often used to determine the number of animals required for a genome wide association analysis (GWAS). These analyses are typically intended to estimate the sample size needed for at least one locus to exceed a genome-wide significance threshold. A related question that is less commonly considered is the number of significant loci that will be discovered with a given sample size. We used simulations based on a real dataset that consisted of 3,173 male and female adult N/NIH heterogeneous stock (HS) rats to explore the relationship between sample size and the number of significant loci discovered. Our simulations examined the number of loci identified in sub-samples of the full dataset. The sub-sampling analysis was conducted for four traits with low (0.15 ± 0.03), medium (0.31 ± 0.03 and 0.36 ± 0.03) and high (0.46 ± 0.03) SNP-based heritabilities. For each trait, we sub-sampled the data 100 times at different sample sizes (500, 1,000, 1,500, 2,000, and 2,500). We observed an exponential increase in the number of significant loci with larger sample sizes. Our results are consistent with similar observations in human GWAS and imply that future rodent GWAS should use sample sizes that are significantly larger than those needed to obtain a single significant result.

Human unilateral renal agenesis is a congenital urinary tract malformation. Affected individuals have only one kidney, which is often an asymptomatic developmental defect. A total of 5,585 male and female HS rats were assessed for unilateral renal agenesis and genotyped for 3,513,321 markers. The R package SAIGEgds was used for the association analysis. The adjusted p-value threshold for the association analysis determined by permutation was equal to 5.6 (-log10). Two additional datasets were used as validation tests. Population two included 1,577 rats genotyped for 7,425,889 markers and a case-control imbalance equal to 1:174; population three included 1,407 rats, genotyped for 254,932 markers and case-control ratio equal to 1:38. The python package GxTheta was used to perform a polygenic epistasis analysis for the analyzed HS rat population. A founder haplotype mosaic determination was performed using the R package QTL2. Associated regions were selected for further analysis, including long-read PacBio sequencing for founder individuals and a founder haplotype prediction test. A similarity analysis at a genomic level and for loci encoding transcription factors predicted to interact with selected sequences inside the associated loci were accomplished. A total of 1,181 polymorphisms were associated with URA. All associated polymorphisms were located on chromosome 14 between 32.9 and 36.6 Mb. The most significant polymorphism was chr14:36,411,266, a G/T transversion. The same associated region was identified in population three. Polygenic epistasis was determined as not predominant for the presentation of URA. Based on the haplotype mosaic probability estimation, cases display a higher probability of inheriting the ACI allele. The long-read sequencing analysis showed the presence of an Erv insertion inside the intron one of the KIT gene located inside the associated region. The Erv insertion comprises one Erv sequence and two Ltr sequences located downstream and upstream of the former. No Erv insertion was identified for the founder strain BN. For ACI and HSRA, only one Ltr sequence was identified. One hundred and seven genes encoding TFs that recognize binding sites on the Erv insertion were analyzed for sequence similarity against the reference HSRA. The TF similarity score analysis for the interaction genotype and phenotype showed significance after FDR correction for 20 TFs, including AHR, HNF1B, JUNB, RARG, and RXRA. A mechanism identifying URA as a threshold phenotype is suggested in HS rats. It implies the existence of a minimum threshold for the final number of nephrons and kidney associated structures required for stalling the apoptotic process of the metanephric rudiments. Animals exhibiting a quantitative cumulative defect would express URA, being this malformation identified as a phenotype with decreased penetrance in the assessed population of HS rats. All these processes are described as mediated by KIT and TFs able to interact with sequences of the Erv insertion.

Both emotional and social traits interact with genetic factors to influence smoking behavior. We previously established a socially acquired nicotine intravenous self-administration model where social learning of a nicotine-associated odor cue reversed conditioned flavor aversion and promoted nicotine intake. In this study, we first phenotyped approximately 800 adolescent heterogeneous stock rats in open field, novel object interaction, social interaction, elevated plus maze, and marble bury behaviors. These rats were then phenotyped on socially acquired nicotine self-administration. We found 243 significant correlations between different behavioral tests. Principal component regression analysis found that approximately 10-20% of the variance in nicotine-related measures, such as intake during the first or the last three fixed-ratio sessions, the progressive ratio session, and reinstatement behavior, can be explained by variations in behavioral traits. Factors corresponding to social behavior and anxiety were among the strongest predictors of nicotine intake and reinstatement of nicotine-seeking behavior. We also found many sex differences in behavioral measures. These data indicated that the genetic diversity of this population, in combination with social behavior and anxiety, are significant contributors to the divergent nicotine self-administration behavior and indicated a high probability of discovering sex-specific genetic mechanisms for nicotine intake in future genome-wide association studies.

Abstract Elevated intraocular pressure (IOP) is influenced by environmental and genetic factors. Increased IOP is a major risk factor for most types of glaucoma, including primary open angle glaucoma (POAG). Investigating the genetic basis of IOP may lead to a better understanding of the molecular mechanisms of POAG. The goal of this study was to identify genetic loci involved in regulating IOP using outbred heterogeneous stock (HS) rats. HS rats are a multigenerational outbred population derived from eight inbred strains that have been fully sequenced. This population is ideal for genome-wide association studies (GWASs) owing to the accumulated recombinations among well-defined haplotypes, the relatively high allele frequencies, the accessibility to a large collection of tissue samples, and the large allelic effect size compared to human studies. Both male and female HS rats (N=1,812) were used in the study. Genotyping-by-sequencing was used to obtain ~3.5 million single nucleotide polymorphisms (SNP) from each individual. SNP heritability for IOP in HS rats was 0.32, which agrees with other studies. We performed a GWAS for the IOP phenotype using a linear mixed model and used permutation to determine a genome-wide significance threshold. We identified three genome-wide significant loci for IOP on chromosomes 1, 5, and 16. Next, we sequenced the mRNA of 51 whole eye samples to find cis-eQTLs to aid in identification of candidate genes. We report 5 candidate genes within those loci: Tyr , Ctsc , Plekhf2 , Ndufaf6 and Angpt2 . Tyr , Ndufaf6 and Angpt2 genes have been previously implicated by human GWAS of IOP-related conditions. Ctsc and Plekhf2 genes represent novel findings that may provide new insight into the molecular basis of IOP. This study highlights the efficacy of HS rats for investigating the genetics of elevated IOP and identifying potential candidate genes for future functional testing. Contribution to the field statement Glaucoma is the leading cause of irreversible blindness worldwide. Intraocular pressure (IOP) is the only known modifiable risk factor. This study describes results of the genome-wide association study (GWAS) performed in outbred rats that identifies known and novel genes involved in IOP regulation. To our knowledge, this is the first GWAS performed for IOP in a rat model. Identifying novel candidate genes in the rat model provides insight into the risk factors for glaucoma in humans and potential pharmacological targets for regulating IOP. The rat model is advantageous for studying natural variations in IOP, controlling environmental exposures, and providing easier access to tissue that can be used in phenotyping and gene expression in future studies.

RNA editing is a post-transcriptional process of modifying genetic information on RNA molecules, which provides cells an additional level of gene expression regulation. Unlike mammals, in land plants, RNA editing converts C to U residues in organelles. However, its potential role in response to different stressors (heat, salt and so on) remains unclear. Grape is one of the most popular and economically important fruits in the world, and its production, like other crops, must deal with abiotic and biotic stresses, which cause reductions in yield and fruit quality. In our study, we tested the influence of the environmental factor temperature on RNA processing in the whole mRNA from grape organelle. In total, we identified 123 and 628 RNA editing in chloroplast and mitochondria respectively with the average editing extent nearly ~60%. The analyses revealed that number of non-synonymous editing sites were higher than that of synonymous editing sites, and the amino acid substitution type tend to be hydrophobic. Additionally, the overall editing level decreased with the temperature rises, especially several gene transcripts in chloroplast and mitochondria (matK, ndhB etc.). 245 sites were furthermore determined as stress-responsive sites candidates. We also found that the expression level of PPR genes decreased with the temperature rises, which may contribute to the loss of RNA editing at high temperature. Our findings suggest that the RNA editing events are very sensitive to high temperature, the changes of amino acid in these genes may contribute to the stress adaption for grape.