Abstract Extreme weather conditions associated with climate change affect many aspects of plant and animal life, including the response to infectious diseases. Production of salicylic acid (SA), a central plant defence hormone 1–3 , is particularly vulnerable to suppression by short periods of hot weather above the normal plant growth temperature range via an unknown mechanism 4–7 . Here we show that suppression of SA production in Arabidopsis thaliana at 28 °C is independent of PHYTOCHROME B 8,9 (phyB) and EARLY FLOWERING 3 10 (ELF3), which regulate thermo-responsive plant growth and development. Instead, we found that formation of GUANYLATE BINDING PROTEIN-LIKE 3 (GBPL3) defence-activated biomolecular condensates 11 (GDACs) was reduced at the higher growth temperature. The altered GDAC formation in vivo is linked to impaired recruitment of GBPL3 and SA-associated Mediator subunits to the promoters of CBP60g and SARD1 , which encode master immune transcription factors. Unlike many other SA signalling components, including the SA receptor and biosynthetic genes, optimized CBP60g expression was sufficient to broadly restore SA production, basal immunity and effector-triggered immunity at the elevated growth temperature without significant growth trade-offs. CBP60g family transcription factors are widely conserved in plants 12 . These results have implications for safeguarding the plant immune system as well as understanding the concept of the plant–pathogen–environment disease triangle and the emergence of new disease epidemics in a warming climate.

Abstract A contiguous assembly of the inbred ‘EL10’ sugar beet ( Beta vulgaris ssp. vulgaris ) genome was constructed using PacBio long read sequencing, BioNano optical mapping, Hi-C scaffolding, and Illumina short read error correction. The EL10.1 assembly was 540 Mb, of which 96.7% was contained in nine chromosome-sized pseudomolecules with lengths from 52 to 65 Mb, and 31 contigs with a median size of 282 kb that remained unassembled. Gene annotation incorporating RNAseq data and curated sequences via the MAKER annotation pipeline generated 24,255 gene models. Results indicated that the EL10.1 genome assembly is a contiguous genome assembly highly congruent with the published sugar beet reference genome. Gross duplicate gene analyses of EL10.1 revealed little large-scale intra-genome duplication. Reduced gene copy number for well-annotated gene families relative to other core eudicots was observed, especially for transcription factors. Variation in genome size in B. vulgaris was investigated by flow cytometry among 50 individuals drawn from EL10 progeny and three unrelated germplasm accessions, producing estimates from 633 to 875 Mb/1C. Read depth mapping with short-read whole genome sequences from other sugar beet germplasm suggested that relatively few regions of the sugar beet genome appeared associated with high-copy number variation.

Abstract SARS-CoV-2 unprecedentedly threatens the public health at worldwide level. There is an urgent need to develop an effective vaccine within a highly accelerated time. Here, we present the most comprehensive S-protein-based linear B-cell epitope candidate list by combining epitopes predicted by eight widely-used immune-informatics methods with the epitopes curated from literature published between Feb 6, 2020 and July 10, 2020. We find four top prioritized linear B-cell epitopes in the hotspot regions of S protein can specifically bind with serum antibodies from horse, mouse, and monkey inoculated with different SARS-CoV-2 vaccine candidates or a patient recovering from COVID-19. The four linear B-cell epitopes can induce neutralizing antibodies against both pseudo and live SARS-CoV-2 virus in immunized wild-type BALB/c mice. This study suggests that the four linear B-cell epitopes are potentially important candidates for serological assay or vaccine development.

Abstract Proximity-dependent biotin labelling (PDL) uses a promiscuous biotin ligase (PBL) or a peroxidase fused to a protein of interest. This enables covalent biotin labelling of proteins and allows subsequent capture and identification of interacting and neighbouring proteins without the need for the protein complex to remain intact. To date, only few papers report on the use of PDL in plants. Here we present the results of a systematic study applying a variety of PDL approaches in several plant systems using various conditions and bait proteins. We show that TurboID is the most promiscuous variant in several plant model systems and establish protocols which combine Mass Spectrometry-based analysis with harsh extraction and washing conditions. We demonstrate the applicability of TurboID in capturing membrane-associated protein interactomes using Lotus japonicus symbiotically active receptor kinases as test-case. We further benchmark the efficiency of various PBLs in comparison with one-step affinity purification approaches. We identified both known as well as novel interactors of the endocytic TPLATE complex. We furthermore present a straightforward strategy to identify both non-biotinylated as well as biotinylated peptides in a single experimental setup. Finally, we provide initial evidence that our approach has the potential to infer structural information of protein complexes.

Abstract Both transcriptional and post-transcriptional regulation of gene expression play significant roles in diverse biological processes, but little is known about how post-transcriptional regulation impacts retinal development. Here we report our study of the function of two members of the TTP (tristetraprolin) mRNA binding protein family, Zfp36l1 and Zfp36l2, in the developing retina. TTP proteins are highly conserved CCCH zinc finger proteins, which carry out their functions by promoting target mRNA decay and modulating translation. We found that Zfp36l1 and Zfp36l2 were expressed in retinal progenitor cells (RPCs) during development and Müller glial cells and photoreceptors in the mature retina. Our analysis of the mutant retinas showed that, whereas the single knockout retinas were largely normal, the double knockout (DKO) retina showed decreased RPC proliferation and increased differentiation of multiple retinal cell types. RNA-seq analysis confirmed the imbalance of proliferation and differentiation in the DKO retina. Gene ontology and in silico target gene analysis indicates that Zfp36l1 and Zfp36l2 exert their function by directly regulating multiple classes of proteins, including components of multiple signaling pathways such as the sonic hedgehog pathway and the Notch pathway, cell cycle regulators, and most interestingly transcription factors directly involved in retinal differentiation. These results reveal a new tier of gene regulation controlling retinal development.

Summary Aberrant liquid-to-solid phase transitions of biomolecular condensates have been linked to various neurodegenerative diseases. However, the underlying molecular interactions that drive aging remain enigmatic. Here, we develop quantitative time-resolved crosslinking mass spectrometry to monitor protein interactions and dynamics inside condensates formed by the protein fused in sarcoma (FUS). We identify misfolding of the RNA recognition motif (RRM) of FUS as a key driver of condensate ageing. We demonstrate that the small heat shock protein HspB8 partitions into FUS condensates via its intrinsically disordered domain and prevents condensate hardening via condensate-specific interactions that are mediated by its α-crystallin domain (αCD). These αCD-mediated interactions are altered in a disease-associated mutant of HspB8, which abrogates the ability of HspB8 to prevent condensate hardening. We propose that stabilizing aggregation-prone folded RNA-binding domains inside condensates by molecular chaperones may be a general mechanism to prevent aberrant phase transitions.

Abstract Transposable elements (TEs) are a major determinant of eukaryotic genome size. The collective properties of a genomic TE community reveal the history of TE/host evolutionary dynamics and impact present-day host structure and function, from genome to organism levels. In rare cases, TE community/genome size has greatly expanded in animals, associated with increased cell size and altered anatomy and physiology. We characterize the TE landscape of the genome and transcriptome in an amphibian with a giant genome — the caecilian Ichthyophis bannanicus , which we show has a genome size of 12.2 Gb. Amphibians are an important model system because the clade includes independent cases of genomic gigantism. The I. bannanicus genome differs compositionally from other giant amphibian genomes, but shares a low rate of ectopic-recombination-mediated deletion. We examine TE activity using expression and divergence plots; TEs account for 15% of somatic transcription, and most superfamilies appear active. We quantify TE diversity in the caecilian, as well as other vertebrates with a range of genome sizes, using diversity indices commonly applied in community ecology. We synthesize previous models integrating TE abundance, diversity, and activity, and we test whether the caecilian meets model predictions for genomes with high TE abundance. We propose thorough, consistent characterization of TEs to strengthen future comparative analyses. Such analyses will ultimately be required to reveal whether the divergent TE assemblages found across convergent gigantic genomes reflect fundamental shared features of TE/host genome evolutionary dynamics.

2,3,4′,5-tetrahydroxystilbene-2-O-β-d-glycoside (TSG), the main active polyphenolic component of Polygonum multiflorum, possesses many pharmacological activities. Its anti-aging effect influences a variety of tissues with diverse mechanisms. However, the effectiveness and exact mechanisms of TSG against vascular senescence in atherosclerosis remain unclear. The present study is aimed to investigate the effects of TSG against vascular senescence in atherosclerosis both in vivo and in vitro, and the possible underlying mechanisms focusing on aortic peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α (PGC-1α)-mediated signaling cascades which have never been studied. In vivo, 12-mo-old male LDLr−/− mice were randomly separated into control, high-fat diet (HFD), and TSG -treatment groups. At the end of the 12 weeks, the blood samples and aorta tissues of mice were collected for further analysis. In vitro, to mimic the condition of endothelial senescence in hyperlipidemic mice, human aortic endothelial cells (HAECs) were incubated with oxidized low-density lipoprotein (ox-LDL) to induce senescence. TSG administration improved lipid profiles, ameliorated HFD-exacerbated vascular senescence and atherosclerosis. The protective effect of TSG via inhibiting telomere malfunction, oxidative stress, and mitochondrial damage was found both in vivo and in vitro. Notably, TSG administration increased aortic PGC-1α mRNA and protein expression along with the regulation of its targeted genes TERT, NRF1, TFAM, Mn-SOD, and catalase. Further, by using PGC-1α siRNA in ox-LDL-treated HAECs, it is proved that TSG reduced endothelial senescence, telomere malfunction, oxidative stress, and mitochondrial damage at least partly through activating the PGC-1α pathway. These results provide new evidence for TSG in the treatment of atherosclerosis and the activation of aortic PGC-1α is involved in its beneficial effects.

Abstract Fluorescence microscopy enables spatial and temporal measurements of live cells and cellular communities. However, this potential has not yet been fully realized for investigations of individual cell behaviors and phenotypic changes in dense, three-dimensional (3D) bacterial biofilms. Accurate cell detection and cellular shape measurement in densely packed biofilms are challenging because of the limited resolution and low signal to background ratios (SBRs) in fluorescence microscopy images. In this work, we present Bacterial Cell Morphometry 3D ( BCM3D ), an image analysis workflow that combines deep learning with mathematical image analysis to accurately segment and classify single bacterial cells in 3D fluorescence images. In BCM3D , deep convolutional neural networks (CNNs) are trained using simulated biofilm images with experimentally realistic SBRs, cell densities, labeling methods, and cell shapes. We systematically evaluate the segmentation accuracy of BCM3D using both simulated and experimental images. Compared to state-of-the-art bacterial cell segmentation approaches, BCM3D consistently achieves higher segmentation accuracy and further enables automated morphometric cell classifications in multi-population biofilms.

ABSTRACT How the diverse neural cell types emerge from multipotent neural progenitor cells during central nervous system development remains poorly understood. Recent scRNA-seq studies have delineated the developmental trajectories of individual neural cell types in many neural systems including the neural retina. Further understanding of the formation of neural cell diversity requires knowledge about how the epigenetic landscape shifts along individual cell lineages and how key transcription factors regulate these changes. In this study, we dissect the changes in the epigenetic landscape during early retinal cell differentiation by scATAC-seq and identify globally the enhancers, enriched motifs, and potential interacting transcription factors underlying the cell state/type specific gene expression in individual lineages. Using CUT&Tag, we further identify the enhancers bound directly by four key transcription factors, Otx2, Atoh7, Pou4f2, and Isl1, and uncover their roles in shaping the epigenetic landscape and controlling gene expression in a sequential and combinatorial fashion along individual retinal cell lineages such as retinal ganglion cells (RGCs). Our results reveal a general paradigm in which transcription factors collaborate and compete to regulate the emergence of distinct retinal cell types such as RGCs from multipotent retinal progenitor cells (RPCs).