Abstract We report genetic maps for diploid (D) and tetraploid (AtDt) Gossypium genomes composed of sequence-tagged sites (STS) that foster structural, functional, and evolutionary genomic studies. The maps include, respectively, 2584 loci at 1.72-cM (∼600 kb) intervals based on 2007 probes (AtDt) and 763 loci at 1.96-cM (∼500 kb) intervals detected by 662 probes (D). Both diploid and tetraploid cottons exhibit negative crossover interference; i.e., double recombinants are unexpectedly abundant. We found no major structural changes between Dt and D chromosomes, but confirmed two reciprocal translocations between At chromosomes and several inversions. Concentrations of probes in corresponding regions of the various genomes may represent centromeres, while genome-specific concentrations may represent heterochromatin. Locus duplication patterns reveal all 13 expected homeologous chromosome sets and lend new support to the possibility that a more ancient polyploidization event may have predated the A-D divergence of 6–11 million years ago. Identification of SSRs within 312 RFLP sequences plus direct mapping of 124 SSRs and exploration for CAPS and SNPs illustrate the “portability” of these STS loci across populations and detection systems useful for marker-assisted improvement of the world's leading fiber crop. These data provide new insights into polyploid evolution and represent a foundation for assembly of a finished sequence of the cotton genome.

Abstract The amount of public proteomics data is increasing at an extraordinary rate. Hundreds of datasets are submitted each month to ProteomeXchange repositories, representing many types of proteomics studies, focusing on different aspects such as quantitative experiments, post-translational modifications, protein-protein interactions, or subcellular localization, among many others. For every proteomics dataset, two levels of data are captured: the dataset description, and the data files (encoded in different file formats). Whereas the dataset description and data file formats are supported by all ProteomeXchange partner repositories, there is no standardized format to properly describe the sample metadata and their relationship with the dataset files in a way that fully allows their understanding or re-analysis. It is left to the user’s choice whether to provide or not an ad hoc document containing this information. Therefore, in many cases, understanding the study design and data requires going back to the associated publication. This can be tedious and may be restricted in the case of non-open access publications. In many cases, this problem limits the generalization and reuse of public proteomics data. Here we present a standard representation for sample metadata tailored to proteomics datasets produced by the HUPO Proteomics Standards Initiative and supported by ProteomeXchange resources. We repurposed the existing data format MAGE-TAB used routinely in the transcriptomics field to represent and annotate proteomics datasets. MAGETAB-Proteomics defines a set of annotation rules that the datasets submitted to ProteomeXchange should follow, ranging from sample properties to data analysis protocols. We also introduce a crowdsourcing project that enabled the manual curation of over 200 public datasets using MAGE-TAB-Proteomics. In addition, we describe an ecosystem of tools and libraries that were developed to validate and submit sample metadata-related information to ProteomeXchange. We expect that these tools will improve the reproducibility of published results and facilitate the reanalysis and integration of public proteomics datasets.

Archaea play indispensable roles in global biogeochemical cycles, yet many critical cellular processes, including cell-shape determination, are poorly understood. Haloferax volcanii , a model haloarchaeon, forms rods and disks, depending on growth conditions. Here, we used a combination of iterative proteomics, genetics, and live-cell imaging to identify distinct mutants that only form rods or disks. We compared the proteomes of the mutants with wild-type cells across growth phases, thereby distinguishing between protein abundance changes specific to cell shape and those related to growth phases. The corresponding results indicated a diverse set of proteins, including transporters, transducers, signaling components, and transcriptional regulators, as important for cell-shape determination. We also identified structural proteins, including a previously unknown cytoskeletal element, the Hfx. volcanii actin homolog volactin, which plays a role in disk-shape morphogenesis. In summary, we gleaned important insights into archaeal cell-shape determination, with possible implications for understanding the evolution of cell morphology regulation across domains.

Abstract The ability to form biofilms is shared by many microorganisms, including archaea. Cells in a biofilm are encased in extracellular polymeric substances that typically include polysaccharides, proteins, and extracellular DNA, conferring protection while providing a structure that allows for optimal nutrient flow. In many bacteria, flagella and evolutionarily conserved type IV pili are required for the formation of biofilms on solid surfaces or floating at the air-liquid interface of liquid media. Similarly, in many archaea it has been demonstrated that type IV pili and, in a subset of these species, archaella are required for biofilm formation on solid surfaces. Additionally, in the model archaeon Haloferax volcanii , chemotaxis and AglB-dependent glycosylation play important roles in this process. H. volcanii also forms immersed biofilms in liquid cultures poured into Petri dishes. This study reveals that mutants of this haloarchaeon that interfere with the biosynthesis of type IV pili or archaella, as well as a chemotaxis-targeting transposon and aglB -deletion mutants, lack obvious defects in biofilms formed in liquid cultures. Strikingly, we have observed that these liquid-based biofilms are capable of rearrangement into honeycomb-like patterns that rapidly form upon removal of the Petri dish lid, a phenomenon that is not dependent on changes in light or oxygen concentration but can be induced by controlled reduction of humidity. Taken together, this study demonstrates that H. volcanii requires novel, as-yet-unidentified strategies for immersed liquid biofilm formation and also exhibits rapid structural rearrangements. Importance This first molecular biological study of archaeal immersed liquid biofilms advances our basic-biological understanding of the model archaeon Haloferax volcanii . Data gleaned from this study also provide an invaluable foundation for future studies to uncover components required for immersed liquid biofilms in this haloarchaeon and also potentially for liquid biofilm formation in general, which is poorly understood compared to the formation of biofilms on surfaces. Moreover, this first description of rapid honeycomb pattern formation is likely to yield novel insights into the underlying structural architecture of extracellular polymeric substances and cells within immersed liquid biofilms.

Abstract Glycosylation is one of the most complex post-translational protein modifications. Its importance has been established not only for eukaryotes but also for a variety of prokaryotic cellular processes, such as biofilm formation, motility and mating. However, comprehensive glycoproteomic analyses are largely missing in prokaryotes. Here we extend the phenotypic characterisation of N -glycosylation pathway mutants in Haloferax volcanii and provide a detailed glycoproteome for this model archaeon through the mass spectrometric analysis of intact glycopeptides. Using in-depth glycoproteomic datasets generated for the wild-type and mutant strains as well as a reanalysis of datasets within the Archaeal Proteome Project, we identify the largest archaeal glycoproteome described so far. We further show that different N -glycosylation pathways can modify the same glycosites under the same culture conditions. The extent and complexity of the Hfx. volcanii N -glycoproteome revealed here provides new insights into the roles of N -glycosylation in archaeal cell biology.

Abstract The first step in bottom-up proteomics is the assignment of measured fragmentation mass spectra to peptide sequences, also known as peptide spectrum matches. In recent years novel algorithms have pushed the assignment to new heights, unfortunately, different algorithms come with different strengths and weaknesses and choosing the appropriate algorithm poses a challenge for the user. Here we introduce PeptideForest, a semi-supervised machine learning approach that integrates the assignments of multiple algorithms to train a random forest classifier to elevate that issue. Additionally, PeptideForest increases the number of peptide-to-spectrum matches that exhibit a q-value lower than 1% by 25.2 ± 1.6% compared to MS-GF+ data on samples containing mixed HEK and E. coli proteomes. However, an increase in quantity does not necessarily reflect an increase in quality and this is why we devised a novel approach to determine the quality of the assigned spectra through TMT quantification of samples with known ground truths. Thereby, we could show that the increase in PSMs below 1% q-value does not come with a decrease in quantification quality and as such PeptideForest offers a possibility to gain deeper insights into bottom-up proteomics. PeptideForest has been integrated into our pipeline framework Ursgal and can therefore be combined with a wide array of algorithms.

Abstract Most microorganisms exist in biofilms, which comprise aggregates of cells surrounded by an extracellular matrix that provides protection from external stresses. Based on the conditions under which they form, biofilm structures vary in significant ways. For instance, biofilms that develop when microbes are incubated under static conditions differ from those formed when microbes encounter the shear forces of a flowing liquid. Moreover, biofilms develop dynamically over time. Here, we describe a cost-effective, 3D-printed coverslip holder that facilitates surface adhesion assays under a broad range of standing and shaking culture conditions. This multi-panel adhesion (mPAD) mount further allows cultures to be sampled at multiple time points, ensuring consistency and comparability between samples and enabling analyses of the dynamics of biofilm formation. As a proof of principle, using the mPAD mount for shaking, oxic cultures, we confirm previous flow chamber experiments showing that Pseudomonas aeruginosa wild type and a phenazine deletion mutant (Δ phz ) form similar biofilms. Extending this analysis to anoxic conditions, we reveal that microcolony and biofilm formation can only be observed under shaking conditions and are decreased in the Δ phz mutant compared to wild-type cultures, indicating that phenazines are crucial for the formation of biofilms if oxygen as an electron acceptor is not available. Furthermore, while the model archaeon Haloferax volcanii does not require archaella for attachment to surfaces under static conditions, we demonstrate that H. volcanii mutants that lack archaella are negatively affected in their early stages of biofilm formation under shaking conditions. Importance Due to the versatility of the mPAD mount, we anticipate that it will aid the analysis of biofilm formation in a broad range of bacteria and archaea. Thereby, it contributes to answering critical biological questions about the regulatory and structural components of biofilm formation and understanding this process in a wide array of environmental, biotechnological, and medical contexts.

The archaeal cytoplasmic membrane provides an anchor for many surface proteins. Recently, a novel membrane anchoring mechanism involving a peptidase, archaeosortase A (ArtA) and C-terminal lipid attachment of surface proteins was identified in the model archaeon Haloferax volcanii. ArtA is re-quired for optimal cell growth and morphogenesis, and the S-layer glycoprotein (SLG), the sole com-ponent of the H. volcanii cell wall, is one of the targets for this anchoring mechanism. However, how exactly ArtA function and regulation control cell growth and mor-phogenesis is still elusive. Here, we report that archaeal homologs to the bacterial phosphatidylserine synthase (PssA) and phosphatidyl-serine decarboxylase (PssD) are involved in ArtA-dependent protein maturation. H. volcanii strains lacking either HvPssA or HvPssD exhibited motility, growth and morphological phenotypes similar to those of ∆artA. Moreover, we showed the loss of covalent lipid attachment to SLG in the ∆hvpssA mu-tant and that proteolytic cleavage of the ArtA substrate HVO_0405 was blocked in the ∆hvpssA and ∆hvpssD strains. Strikingly, ArtA, HvPssA, and HvPssD GFP-fusions co-localized to the mid position of H. volcanii cells, strongly supporting that they are involved in the same pathway. Finally, we have shown that the SLG is also recruited to the mid cell prior to being secreted and lipid-anchored at the cell outer surface. Collectively, our data suggest haloarchaea use the mid cell as the main surface processing hotspot for cell elongation, division and shape determination.

Abstract Chlamydomonas reinhardtii N -glycans carry plant typical β1,2-core xylose, α1,3-fucose residues as well as plant atypical terminal β1,4-xylose and methylated mannoses. In a recent study, XylT1A was shown to act as core xylosyltransferase, whereby its action was of importance for an inhibition of excessive Man1A dependent trimming. N -Glycans found in a XylT1A/Man1A double mutant carried core xylose residues, suggesting the existence of a second core xylosyltransferase in C. reinhardtii . To further elucidate enzymes important for N -glycosylation, novel single knockdown mutants of candidate genes involved in the N -glycosylation pathway were characterized. In addition, double, triple and quadruple mutants affecting already known N -glycosylation pathway genes were generated. By characterizing N -glycan compositions of intact N -glycopeptides from these mutant strains by mass spectrometry, a candidate gene encoding for a second putative core xylosyltransferase (XylT1B) was identified. Additionally, the role of a putative fucosyltransferase was revealed. Mutant strains with knockdown of both xylosyltransferases and the fucosyltransferase resulted in the formation of N -glycans with strongly diminished core modifications. Thus, the mutant strains generated will pave the way for further investigations on how single N -glycan core epitopes modulate protein function in C. reinhardtii . Significance Statement Our data provide novel insights into the function of XylT1B and FucT in C. reinhardtii as N -glycan core modifying enzymes. In the course of our study, different mutants were created by genetic crosses showing either varying or a lack of N -glycan core modification, enabling comparative analyses in relation to single N -glycan core epitope and overall protein function in C. reinhardtii .