This paper presents the first 28-/37-/39-GHz linear Doherty power amplifier (PA) in silicon for broadband fifthgeneration (5G) applications. We introduce a new transformer-based on-chip Doherty power combiner that can reduce the impedance transformation ratio (ITR) in power back-off (PBO) and, thus, improve the bandwidth and power-combining efficiency. We also devise a “driver-PA co-design” method that creates power-dependent uneven feeding in the Doherty PA and enhances the Doherty operation without any hardware overhead or bandwidth compromise. For the proof of concept, we implement a 28-/37-/39-GHz PA fully integrated in a standard 130-nm SiGe BiCMOS process, which occupies 1.8 mm 2 . The PA achieves a 52% -3-dB small-signal S 21 bandwidth and a 40% -1-dB large-signal saturated output power (Psat) bandwidth. At 28/37/39 GHz, the PA achieves +16.8-/+17.1-/+17-dBm Psat, +15.2-/+15.5-/+15.4-dBm P 1 dB , and superior 1.72/1.92/1.62 times efficiency enhancement over class-B operation at 5.9-/6-/6.7-dB PBO. Moreover, the PA demonstrates multi-gigabit-per-second data rates with excellent efficiency and linearity for 64-quadrature amplitude modulation (64-QAM) in three millimeter-wave (mm-wave) 5G bands. This PA advances the state of the art for Doherty, wideband, and 5G silicon PAs in mm-wave bands. It supports drop-in upgrade for current PAs in existing mm-wave systems and opens doors to compact system solutions for future multiband 5G massive multiple-input multiple-output (MIMO) and phased-array platforms.

This article presents a mixed-signal Doherty power amplifier (MSDPA) architecture for simultaneous linearity and efficiency enhancement. The MSDPA comprises one analog power amplifier (PA) as the main PA and one binary-weighted digital PA as the auxiliary PA. The MSDPA input is a generic envelope-varying complex-modulated signal. Based on the realtime amplitude-modulated (AM) envelope, auxiliary digital PA weightings are dynamically turned-on to perform optimum Doherty load modulation for superior linearity and back-off efficiency. Moreover, quantization noise is largely suppressed by the mixed-signal Doherty operation and nonuniform quantization (NUQ), while spectral images are substantially reduced by the quasi-first-order hold (quasi-FOH) operation, which together achieves super-resolution over conventional digital PAs; this makes the MSDPA conducive to millimeter-wave (mm-Wave) or compound PA designs by obviating the need for a large effective number of bits (ENOB) on AM digital controls. As a proof of concept, a 3-bit MSDPA is implemented at 27 GHz in a 45-nm silicon-on-insulator (SOI) CMOS process. The prototype PA achieves 40.1% peak power-added efficiency (PAE), 23.3-dBm saturated output power (Psat), and 39.4% PAE for 22.4-dBm P1dB at 27 GHz in continuous-wave (CW) measurements. The PAE at 6-dB power back-off (PBO) is 33.1%, which corresponds to a 1.68× improvement over a normalized Class-B PA. With only three control bits, the MSDPA PA supports a 12-Gb/s 64-QAM signal at -24.5-dB rms error vector magnitude (EVM) and average Pout/PAE of +15.6 dBm/27.8% without digital predistortion (DPD).

Carbon nanotube fibers (CNTFs) have attracted extensive interest and are desirable building blocks for advanced functional fibers because of their extraordinary tensile strength, high flexibility, light weight, high specific surface areas, excellent electrical properties, and high thermal conductivity. However, raw CNTFs often need to be pretreated using different functionalization strategies to better satisfy the requirements of different applications. In recent decades, numerous strategies and methods have been developed to realize the functionalization of CNTFs and to fabricate various CNTF-based functional materials. To better show the progress of functional CNTFs in recent years, we summarize the preparation and functionalization strategies of CNTFs in this review. Then we introduce the applications of advanced functional CNTFs in many areas, such as artificial muscles, fiber-shaped energy storage devices, flexible electronic display devices, flexible sensors, and thermal management devices. Finally, the critical issues and perspectives of CNTF-based devices are also discussed.

Abstract Structural variations (SVs) are a major contributor to genetic diversity and phenotypic variations, but their prevalence and functions in domestic animals are largely unexplored. Here, we assembled 26 haplotype-resolved genome assemblies from 13 genetically diverse sheep using PacBio HiFi sequencing. We constructed a graph-based ovine pan-genome and discovered 142,422 biallelic insertions and deletions, 7,028 divergent alleles and 13,419 multiallelic variations. We then used a graph-based approach to genotype the biallelic SVs in 684 individuals from 45 domestic breeds and two wild species. Integration with RNA-seq data allows to identify candidate expression-associated SVs. We demonstrate a direct link of SVs and phenotypes by localizing the putative causative insertion in HOXB13 gene responsible for the long-tail trait and identifying multiple large SVs associated with the fat-tail. Beyond generating a benchmark resource for ovine structural variants, our study highlights that animal genetic research will greatly benefit from using a pan-genome graph rather than a single reference genome.

Abstract Archeologically attested human occupation on the Tibet Plateau (TP) can be traced back to 160 thousand years ago (kya, Xiahe) via archaic people and 30~40 kya via anatomically modern human in Nwya Devu. However, the past human movements and peopling of the TP keep in its infancy in the modern/ancient DNA studies. Here, we performed the first modern/ancient genomic meta-analysis among 3,017 Paleolithic to present-day eastern Eurasian genomes (2,444 modern individuals from 183 populations (including 98 Ü-Tsang/Ando/Kham Tibetans) and 573 ancients (including 161 Chinese ancients first meta-analyzed here)). Closer genetic connection between ancient-modern highland Tibetans and lowland island/coastal Neolithic northern East Asians was identified, reflecting the main ancestry of high-altitude Tibeto-Burman speakers originated from the ancestors of Houli/Yangshao/Longshan ancients in the middle and lower Yellow River basin, consistent with the common North-China origin of Sino-Tibetan language and dispersal pattern of millet farmers. Although the shared common northern East Asian lineage between Tibetans and lowland East Asians, we still identified genetic differentiation between Highlanders and lowland northern East Asians, the former harboring more deeply diverged Hoabinhian/Onge ancestry and the latter possessing more modern Neolithic southern East Asian and Siberian ancestry, which suggested the co-existence of Paleolithic and Neolithic ancestries in modern and Neolithic East Asian Highlanders. Tibetans from Ü-Tsang/Ando/Kham Tibetan regions showed strong population stratifications consistent with their cultural backgrounds and geographic terrains (showed as barriers for human movements): stronger Chokhopani affinity in Ü-Tsang Tibetans, more western Eurasian ancestry in Ando and greater Neolithic southern East Asian ancestry in Kham Tibetan. Modern combined ancient genomes documented multiple waves of human migrations in TP past: the first layer of local Hunter-Gatherer mixed with Qijia Farmer arose the Chokhopani-associated Proto-Tibetan-Burman, admixture with the additional genetic materials from the western Eurasian steppe, Yellow River and Yangtze River respectively gave rise to modern Ando, Ü-Tsang and Kham Tibetans.

Abstract Whereas progress has been made in identifying neural signals related to rapid, cued decisions 1–4 , less is known about how brains guide and terminate more ethologically relevant deliberations, where an animal’s own behavior governs the options experienced over minutes 5–8 . Drosophila search for many seconds to minutes for egg-laying sites with high relative value 9, 10 and neurons, called oviDNs , exist whose activity fulfills necessity and sufficiency criteria for initiating the egg-deposition motor program 11 . Here we show that oviDNs express a calcium signal that rises over seconds to minutes as a fly deliberates whether to lay an egg. The calcium signal dips when an egg is internally prepared (ovulated), rises at a rate related to the relative value of the current substrate being experienced, and reaches a consistent peak just prior to the abdomen bend for egg deposition. We provide perturbational evidence that the egg-deposition motor program is initiated once this signal hits a threshold and that sub-threshold variation in the signal regulates the time spent deliberating and, ultimately, the option chosen. These results argue that a rise-to-threshold signal guides Drosophila to lay eggs on substrate options with high relative value, with each egg-laying event representing a self-paced decision similar to real-world decisions made by humans and other mammals.

Abstract Human pluripotent stem cells can recapitulate significant features of mammalian organ development in vitro , including key aspects of heart development. We hypothesized that the organoids thus created can be made substantially more relevant by mimicking aspects of in utero gestation, leading to higher physiological and anatomical resemblance to their in vivo counterparts. Here, we report steps towards generating developmentally inspired maturation methodologies to differentiate early human heart organoids into patterned heart-tube-like structures in a reproducible and high-throughput fashion by complete self-organization. The maturation strategy consists of the controlled and stepwise exposure to metabolic (glucose, fatty acids) and hormonal signals (T3, IGF-1) as present during early heart development. These conditions elicit important transcriptomic, cellular, morphological, metabolomic, and functional changes over a 10-day period consistent with continuously increasing heart complexity, maturation, and patterning. Our data reveals the emergence of atrial and ventricular cardiomyocyte populations, valvular cells, epicardial cells, proepicardial-derived cells, endothelial cells, stromal cells, conductance cells, and cardiac progenitors, all of them cell types present in the primitive heart tube. Anatomically, the organoids elongate and develop well-differentiated atrial and ventricular chambers with compacted myocardial muscle walls and a proepicardial organ. For the first time in a completely self-organizing heart organoid, we show anterior-posterior patterning due to an endogenous retinoic acid gradient originating at the atrial pole, where proepicardial and atrial populations reside, mimicking the developmental process present within the primitive heart tube. Collectively, these findings highlight the ability of self-organization and developmental maturation strategies to recapitulate human heart development. Our patterned human heart tube model constitutes a powerful in vitro tool for dissecting the role of different cell types and genes in human heart development, as well as disease modeling congenital heart defects, and represents a step forward in creating fully synthetic human hearts.

Abstract Background Patients with major depressive disorder (MDD) exhibit concurrent deficits in sensory processing and high-order cognitive functions such as self-awareness and rumination. Connectome mapping studies have suggested a principal primary-to-transmodal gradient in functional brain networks, supporting the spectrum from sensation to cognition. However, whether this principal connectome gradient is disrupted in patients with MDD and how this disruption is associated with gene expression profiles remain unclear. Methods Using a large cohort of resting-state functional magnetic resonance imaging data from 2,234 participants (1,150 patients with MDD and 1,084 healthy controls) recruited at 10 sites, we investigated MDD-related alterations in the principal connectome gradient. We further used Neurosynth and postmortem gene expression data to assess the cognitive functions and transcriptional profiles related to the gradient alterations in MDD, respectively. Results Relative to controls, patients with MDD exhibited abnormal global topography of the principal primary-to-transmodal gradient, as indicated by reduced explanation ratio, gradient range, and gradient variation (Cohen’s d = −0.16∼-0.21). Focal alterations of gradient scores were mostly in the primary systems involved in sensory processing and in the transmodal systems implicated in high-order cognition. The transcriptional profiles explained 53.9% of the spatial variance in the altered gradient patterns, with the most correlated genes enriched in transsynaptic signaling and calcium ion binding. Conclusions These results highlight the dysfunction of the core connectome hierarchy in MDD and its linkage with gene expression profiles, providing insights into the neurobiological and molecular genetic underpinnings of sensory-cognitive deficits in this disorder.

Abstract The gene numbers and evolutionary rates of birds were assumed to be much lower than that of mammals, which in sharp contrast to the huge species number and morphological diversity of birds. It is very necessary to construct a complete avian genome and analyze its evolution.We constructed a chicken pan-genome from 20 de novo genome assemblies with high sequencing depth, newly identified 1,335 protein-coding genes and 3,011 long noncoding RNAs. The majority of these novel genes were detected across most individuals of the examined transcriptomes but were accidentally measured in each of the DNA sequencing data regardless of Illumina or PacBio technology. Furthermore, different from previous pan-genome models, most of these novel genes were overrepresented on chromosomal sub-telomeric regions, surrounded with extremely high proportions of tandem repeats, and strongly blocked DNA sequencing. These hidden genes were proved to be shared by all chicken genomes, included many housekeeping genes, and enriched in immune pathways. Comparative genomics revealed the novel genes had three-fold elevated substitution rates than known ones, updating the evolutionary rates of birds. Our study provides a framework for constructing a better chicken genome, which will contribute towards the understanding of avian evolution and improvement of poultry breeding.

ABSTRACT The hemizygous R47H variant of TREM2 , a microglia-specific gene in the brain, increases risk for late-onset Alzheimer’s disease (AD). In this study, we identified a subpopulation of microglia with disease-enhancing proinflammatory signatures associated with the R47H mutation in human AD brains and tauopathy mouse brains. Using transcriptomic analysis at the single-nuclei level from AD patients with the R47H or the common variant (CV )-TREM2 with matched sex, pathology and APOE status, we found that the R47H mutation was associated with cell type- and sex-specific transcriptional changes in human AD brains, with microglia exhibiting the most robust alterations. Further characterization revealed that R47H-associated microglial subpopulations had enhanced inflammatory signatures including hyperactivation of Akt, one of the signaling pathways downstream of TREM2. In a newly-generated tauopathy knock-in mouse model expressing one allele of human TREM2 ( hTREM2) with either the R47H mutation or CV, R47H induced and exacerbated tau-mediated spatial memory deficits in female mice. Single-cell transcriptomic analysis of microglia from these mice also revealed transcriptomic changes induced by R47H that had significant overlaps with R47H microglia in human AD brains, including robust increases in proinflammatory cytokines, activation of Syk-Akt-signaling, and elevation of a subset of disease-associated microglial signatures. Strikingly, pharmacological Akt inhibition largely reversed the enhanced inflammatory signatures induced by R47H in primary microglia treated with tau fibrils. By unraveling the disease-enhancing properties of the R47H mutation in mouse and human, our findings shed light on an immune-linked AD subtype and provide new directions for modulating microglial immune responses to treat AD.