Summary The CRISPR-Cas13 system is an RNA-guided RNA-targeting system, and has been widely used in transcriptome engineering with potentially important clinical applications. However, it is still controversial whether Cas13 exhibits collateral activity in mammalian cells. Here, we found that knocking down gene expression using RfxCas13d in the adult brain neurons caused death of mice, which was not resulted from the loss of target gene function or off-target effects. Mechanistically, we showed that RfxCas13d exhibited collateral activity in mammalian cells, which is positively correlated with the abundance of target RNA. The collateral activity of RfxCas13d could cleave 28s rRNA into two fragments, leading to translation attenuation and activation of the ZAKα-JNK/p38-immediate early gene (IEG) pathway. These results provide new mechanistic insights into the collateral activity of RfxCas13d and warn that the biosafety of CRISPR-Cas13 system needs further evaluation before applying it to clinical treatments.

Abstract The domestic dog has evolved to be an important biomedical model for studies regarding the genetic basis of disease, morphology and behavior. Genetic studies in the dog have relied on a draft reference genome of a purebred female boxer dog named “Tasha” initially published in 2005. Derived from a Sanger whole genome shotgun sequencing approach coupled with limited clone-based sequencing, the initial assembly and subsequent updates have served as the predominant resource for canine genetics for 15 years. While the initial assembly produced a good quality draft, as with all assemblies produced at the time it contained gaps, assembly errors and missing sequences, particularly in GC-rich regions, which are found at many promoters and in the first exons of protein coding genes. Here we present Dog10K_Boxer_Tasha_1.0, an improved chromosome-level highly contiguous genome assembly of Tasha created with long-read technologies, that increases sequence contiguity >100-fold, closes >23,000 gaps of the Canfam3.1 reference assembly and improves gene annotation by identifying >1200 new protein-coding transcripts. The assembly and annotation are available at NCBI under the accession GCF_000002285.5.

Self-interference (SI) influenced the recovery of the signal of interest (SOI) in In Band Full Duplex (IBFD) radio-over-fiber (ROF) links. The multipath effect and nonlinear distortion aggravate the difficulty of the SI signal elimination. A fiber-transmission-assisted digital self-interference cancellation (DSIC) scheme is proposed to solve the problem at a low time complexity. The key to removing the impact of harmful factors is combined with the advantages of photonics architecture and digital filter algorithm. A fiber-transmission-assisted scheme achieves the transmission of reference signals with all the linear and nonlinear features which transform the nonlinear problem into a linear question for DSIC subsequently. In DSIC, a fast transversal recursive least-squares (FTRLS) algorithm realizes a fast-channel estimating process when the SOI is involved. For 10 km fiber transmission, exceeding 38 dB and 34 dB cancellation depth over 50 MHz bandwidth in the X band and Ku band are experimentally demonstrated, and 25 Mbaud 16-quadrature amplitude modulation (16-QAM) SOI is successfully recovered after SIC. In addition, FTRLS merely consumed 7N + 14 multiplication times at each iteration (filter order N) in the channel estimating process, which saves multiplications amount above 86% than RLS, DNN, Volterra-RLS algorithm, when N is equal to 80.

Abstract Background Although epigenetic dysregulation has long been proposed to promote the onset of schizophrenia, the landscape of the methylomic changes across the whole genome is yet established. Methods Using Infinium Human Methylation 850 BeadChip Array and MethylTarget sequencing method, we investigated the genome-wide methylation profiles and further validated methylation profiles of target genes in peripheral blood lymphocytes between individuals with psychosis risk syndrome (PRS), patients with first-episode schizophrenia (FES) and healthy controls (HC) in Chinese Han population. Results We detected 372 sites between psychosis risk syndrome (PRS) and healthy controls (HC), which increased to 460 sites in first-episode schizophrenia (FES) with 207 sites shared. Both PRS and FES featured profound hypomethylation within gene body. Gene ontology and network annotation merged on loci enriched in disease associated signaling pathways (MAPK(Mitogen Activated Protein Kinases), Glutamatergic, GABAergic etc.). Conclusions Our study implicated characteristic hypomethylation in both the discovery and validation cohorts in SYNGAP1 , one of the frequently studied genes in neurodevelopmental disorders. This is the first methylome-wide association study between PRS and FES in Chinese Han population. Our findings provide potential biomarkers that can be used for future development of disease therapy and management.

Tea is an economically important plant characterized by a large genome size and high heterozygosity and species diversity. In this study, we assembled a 3.26 Gb high-quality chromosome-scale genome for tea using the ‘Longjing 43’ cultivar of Camellia sinensis var. sinensis . Population resequencing of 139 tea accessions from around the world was used to investigate the evolution of tea and to reveal the phylogenetic relationships among tea accessions. With the spread of tea cultivation, hybridization has increased the heterozygosity and wide-ranging gene flow among tea populations. Population genetics and transcriptomics analyses revealed that during domestication, the selection for disease resistance and flavor in C. sinensis var. sinensis populations has been stronger than that in C. sinensis var. assamica populations. The data compiled in this study provide new resources for the marker assisted breeding of tea and are a basis for further research on the genetics and evolution of tea.

Despite being one of the most widely distributed terrestrial mammals, the history of gray wolves (Canis lupus) in China is not well understood as their habitats have been destroyed with growing economic development. Using six specimens from wolf skins in Chinese Natural History museums, we sequenced their genome using a modified ancient DNA procedure. Using whole genome sequence analysis, we showed that gray wolves from Southern China (SC) derive from a single lineage, distinct from gray wolves from the Tibetan Plateau (Canis lupus chanco) and Northern China, suggesting that SC gray wolves may form a distinct sub-population. Of SC gray wolves, one wolf from Zhejiang carries a genetic component from a canid that must have diverged earlier from other wolves than jackals did, perhaps through gene flow from a population related to or further diverged from wolves than the dhole, a species distributed in Southern China and Southeast Asia. This may indicate that interspecific gene flow likely played an important role in shaping the speciation patterns and population structure in the genus Canis. Our study is the first to survey museum genomes of gray wolves from Southern China, revealing the presence of an endemic population with ancient interspecific gene flow from a population related to the dhole, and highlighting how sequencing the paleogenome from museum specimens can help us to study extinct species.

Canine transmissible venereal tumor (CTVT), the oldest known somatic cell line, is a living fossil, originating from cancer cells transmitted from a host to other canids during the mating process. In the present study, we creatively used ancient genome analysis method to decipher the genetic component of the ancient founder of CTVT. The results showed that the CTVT founder came from an arctic sled dog population that possessed introgression from another species, coyote. It revealed that CTVT not only plays important role in cancer evolution study, but also can be treated as living fossils to study ancient evolutionary history of dogs.

Benzaldedyde, commonly detected in plant VOC (volatile organic compounds) profiling, is derived from phenylalanine. However, the last enzymatic step for benzaldedyde formation, designated as benzaldehyde synthase, remains elusive for long time. Here, we demonstrated that cinnamoyl-CoA reductases are responsible for benzaldedyde production in cucumber (Cucumis sativus L.). Comprehensive tissue specificity of VOC profiling revealed that benzaldehyde was specifically accumulated in root and flower of cucumber plants. VOC-gene correlation analysis suggested that several CCRs are candidate genes for benzaldehyde production: CsaCCR7 had a root-specific expression pattern while CsaCCR9 and CsaCCR18 showed a flower-specific expression pattern. Enzymatic assay demonstrated that CsaCCR7, CsaCCR9 and CsaCCR18 convert benzoyl-CoA to benzaldehyde. Subcellular localization experiments revealed that CsaCCR7 and CsaCCR18 are localized in cytosol, while CsaCCR9 was localized in peroxisome. In contrast to the long-standing view that CCR enzymes are involved in lignin biosynthesis in plants, it is the first time here to add a new biochemical role of CCR as benzaldehyde synthase in plants.

Dingoes (Canis dingo) are wild canids living in Australia. They have lived isolated from both the wild and the domestic ancestor and are a unique model for studying feralization, the process in which a domestic species escapes human control, adapts to the wild, and diverges from the domestic ancestor into a genetically distinct population. Here, we sequenced the genomes of 10 dingoes and 2 New Guinea Singing Dogs, to study the origins and feralization process of the dingo. Phylogenetic and demographic analyses show that dingoes originate from domestic dogs in southern East Asia, which migrated via Island Southeast Asia to reach Australia 4300-5000 years ago, and subsequently diverged into a genetically distinct population. Selection analysis identified 99 positively selected genes enriched in starch and fat metabolism pathways, indicating a diet change during feralization of dingoes. Interestingly, we found that 14 genes have shifted allele frequencies compared to dogs but not compared to wolves. This suggests that the selection affecting these genes during domestication of the wolf was reversed in the feralization process. One of these genes, ARHGEF7, may promote the formation of neural spine and synapses in hippocampal neurons. Functional assays showed that an A to G mutation in ARHGEF7, located in a transcription factor-binding site, decreases the endogenous expression. This suggests that ARHGEF7 may have been under selection for behavioral adaptations related to the transitions in environment both from wild to domestic and from domestic back to wild. Our results indicate that adaptation to domestication and feralization primarily affected different genomic regions, but that some genes, related to neurodevelopment, metabolism and reproduction, may have been reversibly affected in the two processes.

Abstract The study of social behaviors in animals is essential for understanding their survival and reproductive strategies. However, accurately tracking and analyzing the social interactions of free-moving animals has remained a challenge. Existing multi-animal pose estimation techniques suffer from drawbacks such as the need for extensive manual annotation and difficulty in discriminating between similar-looking animals in close social interactions. In this paper, we present the Social Behavior Atlas (SBeA), a novel computational framework that solves these challenges by employing a deep learning-based video instance segmentation model, 3D pose reconstruction, and unsupervised dynamic behavioral clustering. SBeA framework also involves a multi-camera setup to prevent occlusion, and a novel approach to identify individual animals in close social interactions. We demonstrate the effectiveness of SBeA in tracking and mapping the 3D close interactions of free-moving animals using the example of genetic mutant mice, birds, and dogs. Our results show that SBeA is capable of identifying subtle social interaction abnormalities, and the models and frameworks developed can be applied to a wide range of animal species. SBeA is a powerful tool for researchers in the fields of neuroscience and ecology to study animal social behaviors with a high degree of accuracy and reliability.