Single cell RNA-Seq (scRNA-seq) and other profiling assays have opened new windows into understanding the properties, regulation, dynamics, and function of cells at unprecedented resolution and scale. However, these assays are inherently destructive, precluding us from tracking the temporal dynamics of live cells, in cell culture or whole organisms. Raman microscopy offers a unique opportunity to comprehensively report on the vibrational energy levels of molecules in a label-free and non-destructive manner at a subcellular spatial resolution, but it lacks in genetic and molecular interpretability. Here, we developed Raman2RNA (R2R), an experimental and computational framework to infer single-cell expression profiles in live cells through label-free hyperspectral Raman microscopy images and multi-modal data integration and domain translation. We used spatially resolved single-molecule RNA-FISH (smFISH) data as anchors to link scRNA-seq profiles to the paired spatial hyperspectral Raman images, and trained machine learning models to infer expression profiles from Raman spectra at the single-cell level. In reprogramming of mouse fibroblasts into induced pluripotent stem cells (iPSCs), R2R accurately (r>0.96) inferred from Raman images the expression profiles of various cell states and fates, including iPSCs, mesenchymal-epithelial transition (MET) cells, stromal cells, epithelial cells, and fibroblasts. R2R outperformed inference from brightfield images, showing the importance of spectroscopic content afforded by Raman microscopy. Raman2RNA lays a foundation for future investigations into exploring single-cell genome-wide molecular dynamics through imaging data, in vitro and in vivo .

A new generalized yield stress scaling equation for electrorheological (ER) fluids was developed by introducing the critical electric field (Ec) and material parameter. This equation can be used to describe the dependency of the yield stress on an electric field not only for conventional ER suspensions with a change in slope from 2.0 to 1.5, but also for giant ER fluids with a change in slope from 2.0 to 1.0. The yield stress data obtained from different ER fluid systems with different material parameters was collapsed onto a single curve for the entire range of electric field strengths using the proper scaling method proposed in this study.

Abstract Human induced pluripotent stem cell (iPSC) lines are a powerful tool for studying development and disease, but the considerable phenotypic variation between lines makes it challenging to replicate key findings and integrate data across research groups. To address this issue, we sub-cloned candidate iPSC lines and deeply characterised their genetic properties using whole genome sequencing, their genomic stability upon CRISPR/Cas9-based gene editing, and their phenotypic properties including differentiation to commonly-used cell types. These studies identified KOLF2.1J as an all-around well-performing iPSC line. We then shared KOLF2.1J with groups around the world who tested its performance in head-to-head comparisons with their own preferred iPSC lines across a diverse range of differentiation protocols and functional assays. On the strength of these findings, we have made KOLF2.1J and hundreds of its gene-edited derivative clones readily accessible to promote the standardization required for large-scale collaborative science in the stem cell field. Summary The authors of this collaborative study deeply characterized human induced pluripotent stem cell (iPSC) lines to rationally select a clonally-derived cell line that performs well across multiple modalities. KOLF2.1J was identified as a candidate reference cell line based on single-cell analysis of its gene expression in the pluripotent state, whole genome sequencing, genomic stability after highly efficient CRISPR-mediated gene editing, integrity of the p53 pathway, and the efficiency with which it differentiated into multiple target cell populations. Since it is deeply characterized and can be readily acquired, KOLF2.1J is an attractive reference cell line for groups working with iPSCs. Graphical abstract

The asymmetric phospholipid outer membrane (OM) of Gram-negative bacteria serves as the first line of defense against cytotoxic substances such as antibiotics. The Mla pathway is known to maintain the lipid asymmetry of the OM by transporting phospholipids between the inner and outer membranes. Six Mla proteins MlaFEDBCA are involved, with the ABC transporter MlaFEDB acts through a mechanism yet to be elucidated. Here we determine cryo-EM structures of MlaFEDB in apo, phospholipid-, ADP- or AMP-PNP-bound state to 3.3-3.75 Å resolution and establish a proteoliposome-based transport system containing MlaFEDB, MlaC and MlaA/OmpF to reveal the transport direction of phospholipids. Mutagenetic in vitro transport assays and in vivo sensitivity assays reveal functional residues which recognize and transport phospholipids as well as regulate the activity and structural stability of the MlaFEDB complex. Our work provides molecular basis for understanding the mechanism of the Mla pathway which could be targeted for antimicrobial drug development.

This comment is an analysis of the static yield stress of core-shell structured SiO(2)-calcium-titanium precipitation (CTP) particle-based electrorheological (ER) suspensions under various applied electric field strengths. We find that our previously published universal yield stress equation covers both polarization and conduction regions while the polar-molecule-based linearity mechanism becomes dominant for the giant ER fluid beyond the second critical electric field strength.

SUMMARY Despite extensive mapping of three-dimensional (3D) chromatin structures, the basic principles underlying genome folding remain unknown. Here, we report a fundamental role for L1 and B1 retrotransposons in shaping the macroscopic 3D genome structure. Homotypic clustering of B1 and L1 repeats in the nuclear interior or at the nuclear and nucleolar peripheries, respectively, segregates the genome into mutually exclusive nuclear compartments. This spatial segregation of L1 and B1 is conserved in mouse and human cells, and occurs dynamically during establishment of the 3D chromatin structure in early embryogenesis and the cell cycle. Depletion of L1 transcripts drastically disrupts the spatial distributions of L1- and B1-rich compartments. L1 transcripts are strongly associated with L1 DNA sequences and induce phase separation of the heterochromatin protein HP1α. Our results suggest that genomic repeats act as the blueprint of chromatin macrostructure, thus explaining the conserved higher-order structure of chromatin across mammalian cells.

Abstract Plant height is a key agronomic trait that affects yield and is controlled by both phytohormone gibberellin (GA) and ultraviolet-B (UV-B) irradiation. However, whether and how plant height is modulated by UV-B-mediated changes in GA metabolism are not well understood. It has not been reported that the E3 ubiquitin ligase Anaphase Promoting Complex/Cyclosome (APC/C) is involved in the regulation of plant growth in response to environmental factors. We perform a forward genetic screen in soybean and find that a mutation in Glycine max Increased Leaf Petiole Angle1 ( GmILPA1 ), encoding a subunit of the APC/C, lead to dwarfism under UV-B irradiation. UV-B promotes the accumulation of GmILPA1, which ubiquitinate the GA catabolic enzyme GA2 OXIDASE-like (GmGA2ox-like), resulting in its degradation in a UV-B-dependent manner. Another E3 ligase, GmUBL1, also ubiquitinate GmGA2ox-like and enhance the GmILPA1-mediated degradation of GmGA2ox-like, which suggest that GmILPA1-GmGA2ox-like module counteract the UV-B-mediated reduction of bioactive GAs. We also determine that GmILPA1 is a target of selection during soybean domestication and breeding. The deletion (Indel-665) in the promoter might facilitate the adaptation of soybean to high UV-B irradiation. This study indicates that an evolutionary GmILPA1 variant has the capability to develop ideal plant architecture with soybean cultivars.

We experimentally demonstrated that, for VCSEL IM-DD systems, spectrum of nonlinear distortion can be accurately measured by adding frequency-domain notch, even the stimulus is non-Gaussian. With measured spectrum, nonlinear performance was estimated accurately.

Abstract Eukaryotic cells respond to stress via adaptive programs that include reversible shutdown of key cellular processes, the formation of stress granules, and a global increase in ubiquitination. The primary function of this ubiquitination is generally considered to be tagging damaged or misfolded proteins for degradation. Here we show that different types of stress generate distinct ubiquitination patterns. For heat stress, ubiquitination correlates with cellular activities that are downregulated during stress, including nucleocytoplasmic transport and translation, as well as with stress granule constituents. Ubiquitination is not required for the shutdown of these processes or for stress granule formation, but is essential for resumption of cellular activities and for stress granule disassembly. These findings indicate that stress-induced ubiquitination primes the cell for recovery following heat stress. One Sentence Summary Stress-induced ubiquitination is essential for recovery of cellular activities following heat stress.