Modern sugarcanes are polyploid interspecific hybrids, combining high sugar content from Saccharum officinarum with hardiness, disease resistance and ratooning of Saccharum spontaneum. Sequencing of a haploid S. spontaneum, AP85-441, facilitated the assembly of 32 pseudo-chromosomes comprising 8 homologous groups of 4 members each, bearing 35,525 genes with alleles defined. The reduction of basic chromosome number from 10 to 8 in S. spontaneum was caused by fissions of 2 ancestral chromosomes followed by translocations to 4 chromosomes. Surprisingly, 80% of nucleotide binding site-encoding genes associated with disease resistance are located in 4 rearranged chromosomes and 51% of those in rearranged regions. Resequencing of 64 S. spontaneum genomes identified balancing selection in rearranged regions, maintaining their diversity. Introgressed S. spontaneum chromosomes in modern sugarcanes are randomly distributed in AP85-441 genome, indicating random recombination among homologs in different S. spontaneum accessions. The allele-defined Saccharum genome offers new knowledge and resources to accelerate sugarcane improvement. Sequencing of haploid sugarcane, Saccharum spontaneum, allows assembly of a prototypical version of the sugarcane chromosome set. This new reference genome will serve as a resource to accelerate sugarcane improvement.

The deep population history of East Asia remains poorly understood due to a lack of ancient DNA data and sparse sampling of present-day people. We report genome-wide data from 191 individuals from Mongolia, northern China, Taiwan, the Amur River Basin and Japan dating to 6000 BCE – 1000 CE, many from contexts never previously analyzed with ancient DNA. We also report 383 present-day individuals from 46 groups mostly from the Tibetan Plateau and southern China. We document how 6000-3600 BCE people of Mongolia and the Amur River Basin were from populations that expanded over Northeast Asia, likely dispersing the ancestors of Mongolic and Tungusic languages. In a time transect of 89 Mongolians, we reveal how Yamnaya steppe pastoralist spread from the west by 3300-2900 BCE in association with the Afanasievo culture, although we also document a boy buried in an Afanasievo barrow with ancestry entirely from local Mongolian hunter-gatherers, representing a unique case of someone of entirely non-Yamnaya ancestry interred in this way. The second spread of Yamnaya-derived ancestry came via groups that harbored about a third of their ancestry from European farmers, which nearly completely displaced unmixed Yamnaya-related lineages in Mongolia in the second millennium BCE, but did not replace Afanasievo lineages in western China where Afanasievo ancestry persisted, plausibly acting as the source of the early-splitting Tocharian branch of Indo-European languages. Analyzing 20 Yellow River Basin farmers dating to ∼3000 BCE, we document a population that was a plausible vector for the spread of Sino-Tibetan languages both to the Tibetan Plateau and to the central plain where they mixed with southern agriculturalists to form the ancestors of Han Chinese. We show that the individuals in a time transect of 52 ancient Taiwan individuals spanning at least 1400 BCE to 600 CE were consistent with being nearly direct descendants of Yangtze Valley first farmers who likely spread Austronesian, Tai-Kadai and Austroasiatic languages across Southeast and South Asia and mixing with the people they encountered, contributing to a four-fold reduction of genetic differentiation during the emergence of complex societies. We finally report data from Jomon hunter-gatherers from Japan who harbored one of the earliest splitting branches of East Eurasian variation, and show an affinity among Jomon, Amur River Basin, ancient Taiwan, and Austronesian-speakers, as expected for ancestry if they all had contributions from a Late Pleistocene coastal route migration to East Asia.

3月26日，我校社会与人类学院王传超教授作为第一作者和通讯作者，与哈佛医学院、哈佛大学人类学系、德国马普人类历史科学研究所、南洋理工大学人文学院、复旦大学、俄罗斯远东联邦大学科学博物馆、西安交通大学、蒙古国国家博物馆研究中心、乌兰巴托国立大学考古系、维也纳大学进化人类学系、华盛顿大学人类学系、台湾成功大学考古所、加州大学人类学系等全球41个单位的77位共同作者组成的国际合作团队在bioRxiv上发表预印本论文“The Genomic Formation of Human Populations in East Asia”，发布了东亚地区最大规模的古人基因组研究，包含了191个距今8000到1000年前古人基因组捕获测序，涵盖了陕北新石器时代五庄果墚遗址、台湾新石器到铁器时代汉本和公馆遗址、蒙古国50余个考古遗址、俄罗斯远东地区Boisman、Yankovsky和黑水靺鞨等遗址、日本绳文人遗址等，研究人员还报道了46个现代族群的383个样本的芯片分型数据以及94个考古碳十四测年数据，首次通过古DNA精细解析东亚人群8000年来的起源、迁徙和混合历史，也改变了东亚地区尤其是中国境内考古基因组学研究长期滞后的局面。

ABSTRACT The genome is transcriptionally inert at fertilization and must be activated through a remarkable developmental process called zygotic genome activation (ZGA). The gene expression pattern formed over the course of ZGA is required for establishing totipotency in early embryos and subsequent development. Substantial epigenetic reprogramming contributes significantly to the pronounced change in gene expression during ZGA, however the mechanism has yet to be resolved. Here, we find histone deacetylase 1 and 2 (HDAC1/2) are critical histone modifiers that regulate ZGA through the histone deacetylase activity. Notably, we show that H3K27ac level declines dramatically during ZGA with a dynamic change in its genome-wide distribution. In mouse embryos, ectopic expression of HDAC1/2 dominant negative mutant leads to a failure of H3K27ac removal and a developmental arrest at 2-cell stage. RNA-seq results reveal a remarkable transcriptomic change with 6565 differentially expressed genes identified. Further analysis shows 64% of down-regulated genes are ZGA genes and 49% of up-regulated genes are developmental genes. Low input ChIP-seq analysis exhibits an increase and decrease of H3K27ac enrichment at the promoter region of up- and down-regulated genes, respectively. Moreover, HDAC1 mutants prohibited removal of broad H3K4me3 domain via impeding the expression of Kdm5s during ZGA. Importantly, the developmental block can be greatly overcome through injection of Kdm5b mRNA and expression of the majority of dysregulated genes partially corrected. Similar functional significance of HDAC1/2 in ZGA is conserved in bovine embryos. Together, we propose that HDAC1/2 is indispensable for mouse and bovine ZGA via creating correct transcriptional repressive and active states.

Abstract The emergence of the first three lineages during development are orchestrated by a network of transcription factors, which are best characterized in mice. However, the role and regulation of these factors are not completely conserved in other mammals, including human and cattle. Here, we establish a gene inactivation system by introducing premature codon with cytosine base editor in bovine embryos with a robust efficiency. Of interest, SOX2 is universally localized in early blastocysts but gradually restricted into the inner cell mass in cattle. SOX2 knockout results in a failure of the establishment of pluripotency. Indeed, OCT4 level is significantly reduced and NANOG was barely detectable. Furthermore, the formation of primitive endoderm is compromised with few SOX17 positive cells. Single embryo RNA-seq reveals a dysregulation of 2074 genes, among which 90% are up-regulated in SOX2-null blastocysts. Intriguingly, more than a dozen lineage-specific genes, including OCT4 and NANOG , are down-regulated. Moreover, SOX2 expression is sustained in the trophectoderm in absence of CDX2 in bovine late blastocysts. Overall, we propose that SOX2 is dispensable for OCT4 and NANOG expression and disappearance of SOX2 in the trophectoderm depends on CDX2 in cattle, which are all in sharp contrast with results in mice. Significance The first and second cell fate decisions of a new life are important for subsequent embryonic and plancental development. These events are finely controlled by a network of transcriptional factors, which are extensively characterized in mice. Species-specific roles of these proteins are emerging in mammals. Here, we develop a gene loss-of-function system by using cytosine base editors in bovine embryos. We find that expression pattern, functional roles, and regulation of SOX2 are all different between mouse and bovine embryos. Remarkbly, SOX2 is required for OCT4 and NANOG, two well established pluripoteny genes. Furthermore, CDX2 is required to shut down SOX2 in the trophectoderm. Given similar expression pattern of SOX2 between human and bovine blastocysts, bovine embryos represents a putative model to investigate human pluripotency regulation in vivo.

ABSTRACT Linker histone H1 binds to the nucleosome and is implicated in the regulation of the chromatin structure and function. The H1 variant H1FOO is heavily expressed in oocytes and early embryos. However, given the poor homology of H1FOO among mammals, the functional role of H1FOO during early embryonic development remains largely unknown, especially in domestic animals. Here, we find that H1FOO is not only expressed in oocytes and early embryos but granulosa cells and spermatids in cattle. We then demonstrate that the interference of H1FOO results in early embryonic developmental arrest in cattle using either RNA editing or Trim-Away approach. H1FOO depletion leads to compromised expression of critical lineage-specific genes at the morula stage and affects the establishment of cell polarity. Interestingly, H1FOO depletion causes a significant increase in expression genes encoding other linker H1 and core histones. Concurrently, there is an increase of H3K9me3 and H3K27me3, two markers of repressive chromatin and a decrease of H4K16ac, a marker of open chromatin. Importantly, overexpression of bovine H1FOO results in severe embryonic developmental defects. In sum, we propose that H1FOO controls the proper chromatin structure that is crucial for the fidelity of cell polarization and lineage specification during bovine early development.

The early history of the Hmong-Mien language family and its speakers is elusive. A good variety of Hmong-Mien-speaking groups distribute in Central China. Here, we report 903 high-resolution Y-chromosomal, 624 full-sequencing mitochondrial, and 415 autosomal samples from 20 populations in Central China, mainly Húnán Province. We identify an autosomal component which is commonly seen in all the Hmong-Mien-speaking populations, with nearly unmixed composition in Pahng. In contrast, Hmong and Mien respectively demonstrate additional genomic affinity to Tibeto-Burman and Kra-Dai speakers. We also discover two prevalent uniparental lineages of Hmong-Mien speakers. Y-chromosomal haplogroup O2a2a1b1a1b-N5 diverged ~2,330 years before present (BP), approximately coinciding with the estimated time of Proto-Hmong-Mien (~2,500 BP), whereas mitochondrial haplogroup B5a1c1a significantly correlates with Pahng and Mien. All the evidence indicates a founding population substantially contributing to present-day Hmong-Mien speakers. Consistent with the two distinct routes of agricultural expansion from southern China, this Hmong-Mien founding ancestry is phylogenetically closer to the founding ancestry of Neolithic Mainland Southeast Asians and present-day isolated Austroasiatic-speaking populations than Austronesians. The spatial and temporal distribution of the southern East Asian lineage is also compatible with the scenario of out-of-southern-China farming dispersal. Thus, our finding reveals an inland-coastal genetic discrepancy related to the farming pioneers in southern China and supports an inland southern China origin of an ancestral meta-population contributing to both Hmong-Mien and Austroasiatic speakers.

Epigenetic modifications, including DNA methylation and histone modifications, are reprogrammed considerably following fertilization during mammalian early embryonic development. Incomplete epigenetic reprogramming is a major factor leading to poor developmental outcome in embryos generated by assisted reproductive technologies, such as somatic cell nuclear transfer. However, the role of histone modifications in preimplantation development is poorly understood. Here, we show that co-knockdown (cKD) of Hdac1 and 2 (but not individually) resulted in developmental failure during the morula to blastocyst transition. This outcome was also confirmed with the use of small-molecule Hdac1/2-specific inhibitor FK228. We observed reduced cell proliferation and increased incidence of apoptosis in cKD embryos, which were likely caused by increased acetylation of Trp53. Importantly, both RNA-seq and immunostaining analysis revealed a failure of lineage specification to generate trophectoderm and pluripotent cells. Among many gene expression changes, a substantial decrease of Cdx2 may be partly accounted for by the aberrant Hippo pathway occurring in cKD embryos. In addition, we observed an increase in global DNA methylation, consistent with increased DNA methyltransferases and Uhrf1. Interestingly, deficiency of Rbbp4 and 7 (both are core components of several Hdac1/2-containing epigenetic complexes) results in similar phenotypes as those of cKD embryos. Overall, Hdac1 and 2 play redundant functions required for lineage specification, cell viability and accurate global DNA methylation, each contributing to critical developmental programs safeguarding a successful preimplantation development.

Abstract Tead4, a critical transcription factor expressed during preimplantation development, is essential for the expression of trophectoderm-specific genes in mice. However, the functional mechanism of Tead4 in mouse preimplantation development and its conservation across mammals remain unclear. Here, we report that Tead4 is a crucial transcription factor necessary for blastocyst formation in mice. Disruption of Tead4 through base editing results in developmental arrest at the morula stage. Additionally, RNA-seq analysis reveals dysregulation of 670 genes in Tead4 knockout embryos. As anticipated, Tead4 knockout leads to a decrease in trophectoderm genes Cdx2 and Gata3 . Intriguingly, we observed a reduction in Krt8, suggesting that Tead4 influences the integrity of the trophectoderm epithelium in mice. More importantly, we noted a dramatic decrease in nuclear Yap in outside cells for Tead4 -deficient morula, indicating that Tead4 directly regulates Hippo signaling. In contrast, bovine embryos with TEAD4 depletion could still develop to blastocysts with normal expression of CDX2 , GATA3 , and SOX2 , albeit with a decrease in total cell number and ICM cell number. In conclusion, we propose that Tead4 regulates mouse blastocyst formation via Krt8 and Yap, both of which are critical regulators of mouse preimplantation development.