Abstract A new modification of silver staining is presented which utilizes two chemical properties of thiosulfate: image enhancement by pretreatment of fixed gels, and formation of soluble silver complexes which prevents unspecific background staining during image development. This procedure provides high sensitivity for proteins, RNA and DNA in the nanogram range on a colorless, transparent background. The performance of this method is documented by staining one‐and two‐dimensional patterns of plant leaf proteins. Moreover, we achieved, for the first time, the detection of the non‐structural, tobacco mosaic virus‐specific 126 kDa protein directly in the one‐dimensional protein pattern of infected protoplasts by a staining procedure.

Eukaryotic cells have a layer of heterochromatin at the nuclear periphery. To investigate mechanisms regulating chromatin distribution, we analyzed heterochromatin organization in different tissues and species, including mice with mutations in the lamin B receptor (Lbr) and lamin A (Lmna) genes that encode nuclear envelope (NE) proteins. We identified LBR- and lamin-A/C-dependent mechanisms tethering heterochromatin to the NE. The two tethers are sequentially used during cellular differentiation and development: first the LBR- and then the lamin-A/C-dependent tether. The absence of both LBR and lamin A/C leads to loss of peripheral heterochromatin and an inverted architecture with heterochromatin localizing to the nuclear interior. Myoblast transcriptome analyses indicated that selective disruption of the LBR- or lamin-A-dependent heterochromatin tethers have opposite effects on muscle gene expression, either increasing or decreasing, respectively. These results show how changes in NE composition contribute to regulating heterochromatin positioning, gene expression, and cellular differentiation during development.

Abstract Fast and reliable detection of patients with severe and heterogeneous illnesses is a major goal of precision medicine 1,2 . Patients with leukaemia can be identified using machine learning on the basis of their blood transcriptomes 3 . However, there is an increasing divide between what is technically possible and what is allowed, because of privacy legislation 4,5 . Here, to facilitate the integration of any medical data from any data owner worldwide without violating privacy laws, we introduce Swarm Learning—a decentralized machine-learning approach that unites edge computing, blockchain-based peer-to-peer networking and coordination while maintaining confidentiality without the need for a central coordinator, thereby going beyond federated learning. To illustrate the feasibility of using Swarm Learning to develop disease classifiers using distributed data, we chose four use cases of heterogeneous diseases (COVID-19, tuberculosis, leukaemia and lung pathologies). With more than 16,400 blood transcriptomes derived from 127 clinical studies with non-uniform distributions of cases and controls and substantial study biases, as well as more than 95,000 chest X-ray images, we show that Swarm Learning classifiers outperform those developed at individual sites. In addition, Swarm Learning completely fulfils local confidentiality regulations by design. We believe that this approach will notably accelerate the introduction of precision medicine.

Korn and colleagues report that Sirpα+ dendritic cells trans-present the cytokine IL-6 to T cells through a process that requires its receptor IL-6Rα bound to dendritic cells and that trans-presentation is needed to generate pathogenic cells of the TH17 subset of helper T cells in vivo. The cellular sources of interleukin 6 (IL-6) that are relevant for differentiation of the TH17 subset of helper T cells remain unclear. Here we used a novel strategy for the conditional deletion of distinct IL-6-producing cell types to show that dendritic cells (DCs) positive for the signaling regulator Sirpα were essential for the generation of pathogenic TH17 cells. Using their IL-6 receptor α-chain (IL-6Rα), Sirpα+ DCs trans-presented IL-6 to T cells during the process of cognate interaction. While ambient IL-6 was sufficient to suppress the induction of expression of the transcription factor Foxp3 in T cells, trans-presentation of IL-6 by DC-bound IL-6Rα (called 'IL-6 cluster signaling' here) was needed to prevent premature induction of interferon-γ (IFN-γ) expression in T cells and to generate pathogenic TH17 cells in vivo. Our findings should guide therapeutic approaches for the treatment of TH17-cell-mediated autoimmune diseases.

During maternal-to-embryonic transition control of embryonic development gradually switches from maternal RNAs and proteins stored in the oocyte to gene products generated after embryonic genome activation (EGA). Detailed insight into the onset of embryonic transcription is obscured by the presence of maternal transcripts. Using the bovine model system, we established by RNA sequencing a comprehensive catalogue of transcripts in germinal vesicle and metaphase II oocytes, and in embryos at the four-cell, eight-cell, 16-cell, and blastocyst stages. These were produced by in vitro fertilization of Bos taurus taurus oocytes with sperm from a Bos taurus indicus bull to facilitate parent-specific transcriptome analysis. Transcripts from 12.4 to 13.7 × 10(3) different genes were detected in the various developmental stages. EGA was analyzed by (i) detection of embryonic transcripts, which are not present in oocytes; (ii) detection of transcripts from the paternal allele; and (iii) detection of primary transcripts with intronic sequences. These strategies revealed (i) 220, (ii) 937, and (iii) 6,848 genes to be activated from the four-cell to the blastocyst stage. The largest proportion of gene activation [i.e., (i) 59%, (ii) 42%, and (iii) 58%] was found in eight-cell embryos, indicating major EGA at this stage. Gene ontology analysis of genes activated at the four-cell stage identified categories related to RNA processing, translation, and transport, consistent with preparation for major EGA. Our study provides the largest transcriptome data set of bovine oocyte maturation and early embryonic development and detailed insight into the timing of embryonic activation of specific genes.

Abstract Porifera are a diverse animal phylum with species performing important ecological roles in aquatic ecosystems, and have become models for multicellularity and early-animal evolution. Demosponges form the largest class in sponges, but previous studies have relied on the only draft demosponge genome of Amphimedon queenslandica . Here we present the 125-megabase draft genome of a contractile laboratory demosponge Tethya wilhelma , sequenced to almost 150x coverage. We explore the genetic repertoire of transporters, receptors, and neurotransmitter metabolism across early-branching metazoans in the context of the evolution of these gene families. Presence of many genes is highly variable across animal groups, with many gene family expansions and losses. Three sponge classes show lineage-specific expansions of GABA-B receptors, far exceeding the gene number in vertebrates, while ctenophores appear to have secondarily lost most genes in the GABA pathway. Both GABA and glutamate receptors show lineage-specific domain rearrangements, making it difficult to trace the evolution of these gene families. Gene sets in the examined taxa suggest that nervous systems evolved independently at least twice and either changed function or were lost in sponges. Changes in gene content are consistent with the view that ctenophores and sponges are the earliest-branching metazoan lineages and provide additional support for the proposed clade of Placozoa/Cnidaria/Bilateria.

Abstract Interferons are a major part of the anti-viral innate defense system. Successful pathogens, including the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), need to overcome these defenses to establish an infection. Early induction of interferons (IFNs) protects against severe coronavirus disease 2019 (COVID-19). In line with this, SARS-CoV-2 is inhibited by IFNs in vitro , and IFN-based therapies against COVID-19 are investigated in clinical trials. However, SARS-CoV-2 continues to adapt to the human population resulting in the emergence of variants characterized by increased transmission fitness and/or decreased sensitivity to preventive or therapeutic measures. It has been suggested that the efficient spread of these so-called “Variants of Concern” (VOCs) may also involve reduced sensitivity to IFNs. Here, we examined whether the four current VOCs (Alpha, Beta, Gamma and Delta) differ in replication efficiency or IFN sensitivity from an early isolate of SARS-CoV-2. All viruses replicated in a human lung cell line and in iPSC-derived alveolar type II cells (iAT2). The Delta variant showed accelerated replication kinetics and higher infectious virus production compared to the early 2020 isolate. Replication of all SARS-CoV-2 VOCs was reduced in the presence of exogenous type I, II and III IFNs. On average, the Alpha variant was the least susceptible to IFNs and the Alpha, Beta and Gamma variants show increased resistance against type III IFN. Although the Delta variant has outcompeted all other variants in humans it remained as sensitive to IFNs as an early 2020 SARS-CoV-2 isolate. This suggests that increased replication fitness rather than IFN resistance may be a reason for its dominance. Our results may help to understand changes in innate immune susceptibility of VOCs, and inform clinical trials exploring IFN-based COVID-19 therapies.

ABSTRACT The mammalian blastocyst undergoes two lineage segregations, i.e., formation of the trophectoderm and subsequently differentiation of the hypoblast (HB) from the inner cell mass, leaving the epiblast (EPI) the remaining pluripotent lineage. To clarify expression patterns of markers specific for these lineages in bovine embryos, we analyzed day 7, 9 and 12 blastocysts completely derived ex vivo by staining for OCT4, NANOG, SOX2 (EPI) and GATA6, SOX17 (HB) and identified genes specific for these developmental stages in a global transcriptomics approach. To study the role of OCT4, we generated OCT4-deficient ( OCT4 KO) embryos via somatic cell nuclear transfer or in vitro fertilization. OCT4 KO embryos reached the expanded blastocyst stage by day 8 but lost of NANOG and SOX17 expression, while SOX2 and GATA6 were unaffected. Blastocysts transferred to recipient cows from day 6 to 9 expanded, but the OCT4 KO phenotype was not rescued by the uterine environment. Exposure of OCT4 KO embryos to exogenous FGF4 or chimeric complementation with OCT4 intact embryos did not restore NANOG or SOX17 in OCT4-deficient cells. Our data show, that OCT4 is required cell-autonomously for the maintenance of pluripotency of the EPI and differentiation of the HB in bovine embryos.

Abstract Understanding the sequence-dependent DNA damage formation requires to probe a complete pool of sequences over a wide dose range of the damage causing exposure. We used high throughput sequencing to simultaneously obtain the dose dependence and quantum yields for oligonucleotide damages for all possible 4096 DNA sequences with hexamer length. We exposed the DNA with ultraviolet radiation at 266 nm and doses of up to 500 photons per base. At the dimer level our results confirm existing literature values, whereas we now quantified the susceptibility of sequence motifs to UV irradiation up to previously inaccessible polymer lengths. This revealed the protective effect of the sequence context in preventing the formation of UV-lesions. For example, the rate to form dipyrimidine lesions is strongly reduced by nearby guanine bases. Our results provide a complete picture of the sensitivity of oligonucleotides to UV irradiation and allow to predict their survival chances in high-UV environments.

Abstract Background Docking the tails of young lambs in long-tailed sheep breeds is a common practice worldwide. This practice is associated with pain, suffering and damage to the affected animals. Breeding for a shorter tail in long-tailed sheep breeds could offer one of the alternatives. This study aimed to analyze the natural tail length variation in the most common German Merino variety, and to identify possible causal alleles for the short tail phenotype segregating within a typical long-tailed breed. Results Haplotype-based mapping in 362 genotyped (Illumina OvineSNP50) and phenotyped Merinolandschaf lambs resulted in a genome-wide significant mapping at position 37,111,462 bp on sheep chromosome 11 and on chromosome 2 at position 94,538,115 bp (Oar_v4.0). Targeted capture sequencing of these regions in 48 selected sheep and comparative analyses of WGS data of various long and short-tailed sheep breeds as well as wild sheep subspecies identified a SNP and a SINE element as the promising candidates. The PCR genotyping of these candidates revealed complete linkage of both the candidate variants. The SINE element is located in the promotor region of HOXB13 , while the SNP was located in the first exon of HOXB13 and predicted to result in a nonsynonymous mutation. Conclusions Our approach successfully identified HOXB13 as candidate genes and the likely causal variants for tail length segregating within a typical long-tailed Merino breed. This would enable more precise breeding towards shorter tails, improve animal welfare by amplification of ancestral alleles and contribute to a better understanding of differential embryonic development.