Using first-principles calculations, we propose a two-dimensional diluted magnetic semiconductor: monolayer MoS${}_{2}$ doped by transition metals. Doping of transition metal atoms from the IIIB to VIB groups results in nonmagnetic states, since the number of valence electrons is smaller or equal to that of Mo. Doping of atoms from the VIIB to IIB groups becomes energetically less and less favorable. Magnetism is observed for Mn, Fe, Co, Zn, Cd, and Hg doping, while for the other dopants from these groups it is suppressed by Jahn-Teller distortions. Analysis of the binding energies and magnetic properties indicates that (Mo,$X$)S${}_{2}$ ($X=\text{Mn}$, Fe, Co, and Zn) are promising systems to explore two-dimensional diluted magnetic semiconductors.

Recently, a type-II Weyl fermion was theoretically predicted to appear at the contact of electron and hole Fermi surface pockets. A distinguishing feature of the surfaces of type-II Weyl semimetals is the existence of topological surface states, so-called Fermi arcs. Although WTe2 was the first material suggested as a type-II Weyl semimetal, the direct observation of its tilting Weyl cone and Fermi arc has not yet been successful. Here, we show strong evidence that WTe2 is a type-II Weyl semimetal by observing two unique transport properties simultaneously in one WTe2 nanoribbon. The negative magnetoresistance induced by a chiral anomaly is quite anisotropic in WTe2 nanoribbons, which is present in b-axis ribbon, but is absent in a-axis ribbon. An extra-quantum oscillation, arising from a Weyl orbit formed by the Fermi arc and bulk Landau levels, displays a two dimensional feature and decays as the thickness increases in WTe2 nanoribbon.

Abstract Global profile of gene expression at single-cell resolution remains to be determined for primates. Using a recently developed technology (“Stereo-seq”), we have obtained a comprehensive single-cell spatial transcriptome map at the whole-brain level for cynomolgus monkeys, with ∼600 genes per cell for 10 μm-thick coronal sections (up to 15 cm 2 in size). Large-scale single-nucleus RNA-seq analysis for ∼1 million cells helped to identify cell types corresponding to Stereo-seq gene expression profiles, providing a 3-D cell type atlas of the monkey brain. Quantitative analysis of Stereo-seq data revealed molecular fingerprints that mark distinct neocortical layers and subregions, as well as domains within subcortical structures including hippocampus, thalamus, striatum, cerebellum, hypothalamus and claustrum. Striking whole-brain topography and coordinated patterns were found in the expression of genes encoding receptors and transporters for neurotransmitters and neuromodulators. These results pave the way for cellular and molecular understanding of organizing principles of the primate brain.

Studying tissue composition and function in non-human primates (NHP) is crucial to understand the nature of our own species. Here, we present a large-scale single-cell and single-nucleus transcriptomic atlas encompassing over one million cells from 43 tissues from the adult NHP Macaca fascicularis . This dataset provides a vast, carefully annotated, resource to study a species phylogenetically close to humans. As proof of principle, we have reconstructed the cell-cell interaction networks driving Wnt signalling across the body, mapped the distribution of receptors and co-receptors for viruses causing human infectious diseases and intersected our data with human genetic disease orthologous coordinates to identify both expected and unexpected associations. Our Macaca fascicularis cell atlas constitutes an essential reference for future single-cell studies in human and NHP.

ABSTRACT Objective The paraventricular nucleus of hypothalamus (PVN) is an integrative center in the brain orchestrating a wide range of physiological and behavioral responses. While the PVN melanocortin 4 receptor (MC4R) signaling (PVN MC4R+ ) is undoubtedly involved in feeding regulation, the neuroanatomical organization of PVN MC4R+ pathway and its role in diverse physiological and behavioral regulations have not been fully understood. Here we aimed to better characterize the input-output organization of PVN MC4R+ neurons and further test their potential functional roles beyond feeding. Methods Using a combination of viral tools, we performed a comprehensive mapping of PVN MC4R+ circuits and tested the effects of chemogenetic activation of PVN MC4R+ neurons on thermogenesis, cardiovascular control and other behavioral regulations beyond feeding. Results We found that PVN MC4R+ neurons broadly innervate many different brain regions known to be important not only for feeding but also for neuroendocrine and autonomic control of thermogenesis and cardiovascular function, including but not limited to preoptic area, median eminence, parabrachial nucleus, locus coeruleus, nucleus of solitary tract, ventrolateral medulla and thoracic spinal cord. Contrary to broad efferent projections, PVN MC4R+ neurons receive monosynaptic inputs from limited brain regions, including medial preoptic nucleus, arcuate and dorsomedial hypothalamic nuclei, and supraoptic nucleus. Consistent with broad efferent projections, chemogenetic activation of PVN MC4R+ neurons not only suppressed feeding but also led to an apparent increase in heart rate, blood pressure and brown adipose tissue thermogenesis. Strikingly, these physiological changes accompanied an unexpected repetitive bedding-removing behavior followed by hypoactivity and resting-like behavior. Conclusions Our results clarify the neuroanatomical organization of PVN MC4R+ circuits and shed new light on the roles of PVN MC4R+ pathways in autonomic control of thermogenesis, cardiovascular function and other behavioral regulations.

Summary Over 320 million years of evolution, amniotes have developed complex brains and cognition through largely unexplored genetic and gene expression mechanisms. We created a comprehensive single-cell atlas of over 1.3 million cells from the telencephalon and cerebellum of turtles, zebra finches, pigeons, mice, and macaques, employing single-cell resolution spatial transcriptomics to validate gene expression patterns across species. Our study revealed significant species-specific variations in cell types, highlighting their conservation and diversification in evolution. We found pronounced differences in telencephalon excitatory neurons (EX) and cerebellar cell types between birds and mammals. Birds predominantly express SLC17A6 in EX, whereas mammals expressed SLC17A7 in neocortex and SLC17A6 elsewhere, possibly due to loss of SLC17A7 function loss in birds. Additionally, we identified a novel bird-specific Purkinje cell subtype (SVIL+), implicating the LSD11/KDM1A pathway in learning and circadian rhythms, and related numerous positively selected genes in birds, suggesting an evolutionary optimization of cerebellar functions for ecological and behavioral adaptation. Our findings elucidate the complex interplay between genetic evolution and environmental adaptation, underscoring the role of genetic diversification in the development of specialized cell types across amniotes.

To study the hydro-static pressure carrying capability of a sandwich composite pressure shell with ring ribs, and explore a structure design method, we obtain an empirical formula of the ring rib segments critical support stiffness, which is defined as Dcr, via finite element simulation and theoretical analysis method. It was shown that, Dcr is of great significance in designing the sandwich composite pressure shell structure. On this basis, the parameters were dimensionless and the empirical formula was obtained by fitting serious independent simulated results. The fitting error of the empirical formula is within 2%. This fitting method has a certain theoretical value for the theoretical research of sandwich composite pressure shell structure. The obtained results are useful for desinging the bearing capacity of novel structure.

Abstract Competitive asymmetry across heterogeneous environments is crucial for the success of polyploid plants, however, little is known about it. As the major force in plant evolution, polyploids are predicted to maintain the competitive dominance relative to diploids under increased stress conditions. To evaluate the hypothesis of competitive asymmetry, we competed tetraploid and diploid plants of perennial herbaceous Chrysanthemum indicum L. (Asteraceae) at different relative frequencies under low and high water stress. We quantified the interaction intensity between competing plants of the same (intraploidy) and different ploidy levels (interploidy), and measured functional traits related to gas exchange and plant water use to understand the underlying mechanisms. Stronger competitive effects of the tetraploid on diploid provided evidence for the competitive asymmetry between polyploid and diploid plants in C. indicum . Such competitive asymmetry was not only maintained under drought (increased water stress), but also translated into higher fitness of the tetraploid consistently across water stress conditions. Functional traits associated with fast growth and efficient water use likely explained the competitive dominance of the tetraploid. These results will advance our understanding of species interactions between polyploid and diploid plants, and provide insights into population dynamics and species distribution under environmental change.

Summary Brown adipose tissue (BAT) thermogenic activity is tightly regulated by cellular redox status but the molecular mechanisms underlying this regulation are incompletely understood. Protein S -nitrosylation, the nitric oxide-mediated cysteine thiol modification of proteins, plays important roles in cellular redox regulation. Here we show that both diet-induced obesity (DIO) and acute cold exposure elevates protein S-nitrosylation of BAT proteins, including UCP1, to regulate thermogenesis. This effect in BAT is regulated largely by S-nitrosoglutathione reductase (GSNOR, ADH5), a denitrosylase that balances the intracellular nitroso-redox status. Loss of ADH5 specifically in BAT impairs UCP1-dependent thermogenesis during acute cold challenge and worsens metabolic dysfunction during diet-induced obesity. Mechanistically, we demonstrate that Adh5 expression in BAT is controlled by the transcription factor heat shock factor 1 (HSF1) and administration of an HSF1 activator to the BAT of mice with DIO increased Adh5 expression and significantly improved UCP1-mediated mitochondrial respiration. Together, these data demonstrate that ADH5 controls BAT nitroso-redox homeostasis to regulate adipose thermogenesis which may be therapeutically targeted to improve metabolic health. Highlights Thermogenesis induces protein S-nitrosylation modification in the BAT; ADH5, a major cellular denitrosylase, is required for maintaining BAT metabolic homeostasis under both overnutrition and cold stress conditions; Diet-induced obesity suppresses HSF1-mediated activation of Adh5 in the BAT; ADH5 overexpression in BAT improves whole-body glucose homeostasis in obesity.

It is crucial to figure out the microdynamics of pore water and the microstructure of clays under various thermal and chemical environments when characterizing the physical properties of clays. In this study water microdynamics in clay was investigated via the nuclear magnetic resonance (NMR) technique. The NMR measurements were performed on three clays saturated with distilled water and three salt solutions from 25 to 75°C. The saline and thermal effect on soil-water interaction, water microdynamics and microstructure of clays has been investigated through relaxation times by invoking the DDL theory and the ionic hydration mechanism. Number of jumps (τS/τm) for water molecule is 82 for soils A or C and 520 for soil B when saturated with distilled water, implying the larger surface molecular affinity of soil B. Salt solutions increase the values of τS/τm in the sequence of K+>Ca2+>Na+. Effective activation energy of pore waterΔE= 2.33 kcal/mol, 1.49 kcal/mol and 1.19 kcal/mol for soils A, B and C when saturated with distilled water are obtained. The effect of salt solution on ΔE depends on cation exchange capacity (CEC) and specific surface area (SSA), the larger the CEC and SSA, the smaller the saline effect. In addition, it is found that the pore size distribution of the compacted clay is bimodal, and inter-aggregate pores are greatly influenced by pore fluid chemistry, due to clay aggregation.