Analyses of ancient DNA typically involve sequencing the surviving short oligonucleotides and aligning to genome assemblies from related, modern species. Here, we report that skin from a female woolly mammoth (†Mammuthus primigenius) that died 52,000 years ago retained its ancient genome architecture. We use PaleoHi-C to map chromatin contacts and assemble its genome, yielding 28 chromosome-length scaffolds. Chromosome territories, compartments, loops, Barr bodies, and inactive X chromosome (Xi) superdomains persist. The active and inactive genome compartments in mammoth skin more closely resemble Asian elephant skin than other elephant tissues. Our analyses uncover new biology. Differences in compartmentalization reveal genes whose transcription was potentially altered in mammoths vs. elephants. Mammoth Xi has a tetradic architecture, not bipartite like human and mouse. We hypothesize that, shortly after this mammoth's death, the sample spontaneously freeze-dried in the Siberian cold, leading to a glass transition that preserved subfossils of ancient chromosomes at nanometer scale.

ABSTRACT The Australian black swan ( Cygnus atratus ) is an iconic species with contrasting plumage to that of the closely related Northern Hemisphere white swans. The relative geographic isolation of the black swan may have resulted in a limited immune repertoire and increased susceptibility to infectious disease, notably infectious diseases from which Australia has been largely shielded. Indeed, unlike Mallard ducks and the mute swan ( Cygnus olor ), the black swan is extremely sensitive to severe highly pathogenic avian influenza (HPAI). Understanding this susceptibility has been impaired by the absence of any available swan genome and transcriptome information. Here, we generate the first chromosome-length annotated black and mute swan genomes annotated with transcriptome data, all using long-read based pipelines generated for vertebrate species. We used these genomes and transcriptomes, to show that unlike other wild waterfowl, black swans lack an expanded immune gene repertoire, lack a key viral pattern-recognition receptor in endothelial cells and mount a poorly controlled inflammatory response to HPAI. We also implicate genetic differences in SLC45A2 in the iconic plumage of the Australian black swan. Together, these data suggest that the immune system of the black swan is such that should any avian viral infection become established in its native habitat the survival of the black swan would be in significant peril.

Abstract Microchromosomes, once considered unimportant shreds of the chicken genome, are gene rich elements with a high GC content and few transposable elements. Their origin has been debated for decades. We used cytological and whole genome sequence comparisons, and chromosome conformation capture, to trace their origin and fate in genomes of reptiles, birds and mammals. We find that microchromosomes as well as macrochromosomes are highly conserved across birds, and share synteny with single small chromosomes of the chordate amphioxus, attesting to their origin as elements of an ancient animal genome. Turtles and squamates (snakes and lizards) share different subsets of ancestral microchromosomes, having independently lost microchromosomes by fusion with other microchromosomes or macrochromosomes. Patterns of fusions were quite different in different lineages. Cytological observations show that microchromosomes in all lineages are spatially separated into a central compartment at interphase and during mitosis and meiosis. This reflects higher interaction between microchromosomes than with macrochromosomes, as observed by chromosome conformation capture, and suggests some functional coherence. In highly rearranged genomes fused microchromosomes retain most ancestral characteristics, but these may erode over evolutionary time; surprisingly de novo microchromosomes have rapidly adopted high interaction. Some chromosomes of early branching monotreme mammals align to several bird microchromosomes, suggesting multiple microchromosome fusions in a mammalian ancestor. Subsequently multiple rearrangements fueled the extraordinary karyotypic diversity of therian mammals. Thus microchromosomes, far from being aberrant genetic elements, represent fundamental building blocks of amniote chromosomes, and it is mammals, rather than reptiles, that are atypical. Significance Statement Genomes of birds and reptiles, but not mammals, consist of a few large chromosomes and many tiny microchromosomes. Once considered unimportant shreds of the genome, microchromosomes are gene rich and highly conserved among bird and reptiles, and share homology with one or more of the tiny chromosomes of an invertebrate that diverged from the vertebrate lineage 684 million years ago. Microchromosomes interact strongly and crowd together at the centre of cells, suggesting functional coherence. Many microchromosomes have been lost independently in turtles, snakes and lizards as they have fused with each other, or with larger chromosomes. In mammals they have completely disappeared, yet some chromosomes of the basal platypus line up with several microchromosomes, suggesting that they are the building blocks of the atypically variable chromosomes of mammals.

This article should not be cited. We are currently investigating alternative constitutional patient DNA from this patient. She was treated upfront by stem cell transplantation. The timing of remission sample collection with respect to the transplantation requires confirmation. It is plausible the remission sample sequenced includes transplanted cells. We apologise for the inconvenience.

We present a chromosome-length assembly of the genome of subterranean clover, Trifolium subterraneum, a key Australian pasture legume. Specifically, in situ Hi-C data (48X) was used to correct misjoins and anchor, order, and orient scaffolds in a previously published genome assembly (TSUd_r1.1; scaffold N50: 287kb). This resulted in an improved genome assembly (TrSub3; scaffold N50: 56Mb) containing eight chromosome-length scaffolds that span 95% of the sequenced bases in the input assembly.

Abstract T-cell activation induces context-specific gene expression programs that promote energy generation and biosynthesis, progression through the cell cycle and ultimately cell differentiation. The aim of this study was to apply the omni ATAC-seq method to characterize the landscape of chromatin changes induced by T-cell activation in mature naïve CD4+ T-cells. Using a well-established ex vivo protocol of canonical T-cell receptor signaling, we generated genome-wide chromatin maps of naïve T-cells from pediatric donors in quiescent or recently activated states. We identified thousands of individual chromatin accessibility peaks that are associated with T-cell activation. The majority of these were localized to intronic and intergenic enhancer regions, marked by active histone modifications whilst quiescence was maintained by repressive histone marks. Regions of activation-associated gains in chromatin accessibility were enriched for well-known pioneer transcription factor motifs, and super-enhancer regions associated with distinct gene regulatory networks. These cis -regulatory elements together brought about distinct transcriptional signatures in activated cells including TNFa-NFkB signaling, hormone-responsive genes, inflammatory response genes and IL2-STAT5 signaling. Our data provides novel insights into the chromatin dynamics and motif usage of T-cell receptor signaling events in early life. The characterized pathways demonstrate the utility of chromatin profiling techniques applied to bio-banked samples for characterizing gene regulatory elements.

Abstract Early detection of infection with SARS-CoV-2 is key to managing the current global pandemic, as evidence shows the virus is most contagious on or before symptom onset. Here, we introduce a low-cost, high-throughput method for diagnosing and studying SARS-CoV-2 infection. Dubbed Pathogen-Oriented Low-Cost Assembly & Re-Sequencing (POLAR), this method amplifies the entirety of the SARS-CoV-2 genome. This contrasts with typical RT-PCR-based diagnostic tests, which amplify only a few loci. To achieve this goal, we combine a SARS-CoV-2 enrichment method developed by the ARTIC Network ( https://artic.network/ ) with short-read DNA sequencing and de novo genome assembly. Using this method, we can reliably (>95% accuracy) detect SARS-CoV-2 at a concentration of 84 genome equivalents per milliliter (GE/mL). Almost all diagnostic methods currently authorized for use by the United States Food and Drug Administration with the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) Emergency Use Authorization require larger concentrations of the virus to achieve this degree of accuracy. In addition, we can reliably assemble the SARS-CoV-2 genome in the sample, often with no gaps and perfect accuracy. The genotypic data contained in these genome assemblies enable the more effective analysis of disease spread than is possible with an ordinary binary diagnostic. These data can also help identify vaccine and drug targets. Finally, we show that the diagnoses obtained using POLAR of both positive and negative clinical nasopharyngeal swab samples 100% match the diagnoses obtained in a clinical diagnostic lab using the Center for Disease Control’s 2019-Novel Coronavirus test. Using POLAR, a single person can manually process 192 samples over an 8- hour experiment at the cost of ∼$36 per patient (as of December 7 th , 2022), enabling a 24-hour turnaround with sequencing and data analysis time. We anticipate that further testing and refinement will allow greater sensitivity in this approach.

Whole genome sequencing has been widely used to detect structural variations (SVs). However, the limited single molecule size makes it difficult to characterize large-scale SVs in a genome because they cannot fully cover such vast and complex regions. Recently, optical mapping in nanochannels has provided novel resolution to detect large-scale SVs by comparing the physical location of the nickase recognition sequence in genomes. Other than in humans, SVs discovered in plants by optical mapping have not been validated. To assess the accuracy of SV calling in plants by optical mapping, we selected two genetically diverse subspecies of the Trifolium model species, subterranean clover cvs. Daliak and Yarloop. The SVs discovered by BioNano optical mapping (BOM) were validated using Illumina short reads. In the analysis, BOM identified 12 large-scale regions containing deletions and 19 containing insertions in Yarloop. The 12 large-scale regions contained 71 small deletions when validated by Illumina short reads. The results suggest that BOM could detect the total size of deletions and insertions, but it could not precisely report the location and actual quantity of SVs in the genome. Nucleotide-level validation is crucial to confirm and characterize SVs reported by optical mapping. The accuracy of SV detection by BOM is highly dependent on the quality of reference genomes and the density of selected nickases.

ABSTRACT A high-quality chromosome-level reference genome of S. hispanica was assembled and analysed. Ancestral whole-genome duplication events have not promoted the high α-linolenic acid content in S. hispanica seeds Tandem duplication of six stearoyl-ACP desaturase genes is a plausible cause for high ω-3 content in chia seeds. Salvia hispanica L. (chia) is an abundant source of ω-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs) that are highly beneficial to human health. The genomic basis for this accrued PUFA content in this emerging crop was investigated through the assembly and comparative analysis of a chromosome-level reference genome for S. hispanica (321.5 Mbp). The highly contiguous 321.5Mbp genome assembly, which covers all six chromosomes enabled the identification of 32,922 protein coding genes. Two whole-genome duplications (WGD) events were identified in the S. hispanica lineage. However, these WGD events could not be linked to the high α-linolenic acid (ALA, ω-3) accumulation in S. hispanica seeds based on phylogenomics. Instead, our analysis supports the hypothesis that evolutionary expansion through tandem duplications of specific lipid gene families, particularly the stearoyl-acyl carrier protein (ACP) desaturase ( ShSAD ) gene family, is the main driver of the abundance of ω-3 PUFAs in S. hispanica seeds. The insights gained from the genomic analysis of S. hispanica will help leveraging advanced genome editing techniques and will greatly support breeding efforts for improving ω-3 content in other oil crops.

Light is one of the main signals that regulates flowering. Low red to far-red ratios accelerate flowering in a wide range of species. The central gene pathways controlling flowering time in Arabidopsis, appear to be largely conserved in legumes. However, numerous examples exist of gene duplication and loss. The role of CONSTANS-LIKE genes as integrators of the photoperiod response has been questioned in several dicot species, including legumes. In this study on subterranean clover, using RNA-seq and controlled light spectra, we identified 13 differentially expressed genes related to light signalling, meristem identity and flowering promotion. Of these, we pinpointed genes which seem to link photoperiod and far-red light signalling coding for a With no lysine kinase, a CCT motif related to CONSTANS, a FLOWERING LOCUS T b2 like protein, and their active downstream cascade. The earlier down-regulation of these genes under blue compared to far-red -enriched light may explain their role in floral induction. A second independent approach (qPCR analysis) confirmed our findings. Contrasting responses to light quality related to reproduction and defence mechanisms were also found. These results will contribute to a better understanding of the molecular basis of flowering in response to light quality in long-day plants.