Abstract Background Cis-regulatory sequences control gene expression through the coordinated action of transcription factors and their associated partners. Both genetic and epigenetic perturbation of cis-regulatory sequences can lead to novel patterns of gene expression. Phased genome assemblies now enable the local dissection of linkages between cis-regulatory sequences, including their epigenetic state, and gene expression to further characterize gene regulation in heterozygous genomes. Results We assembled a locally phased genome for a mandarin hybrid named ‘Fairchild’ to explore the molecular signatures of allele-specific gene expression. With genome phasing, genes with allele-specific expression were paired with haplotype-specific chromatin states, including levels of chromatin accessibility, histone modifications, and DNA methylation. We found that 30% of variation in allele-specific expression could be attributed to haplotype associated factors, with allelic levels of chromatin accessibility and three histone modifications in gene bodies having the most influence. Structural variants in promoter regions were also associated with allele-specific expression, including specific enrichments of hAT and MULE-MuDR DNA transposon sequences. Mining of cis-regulatory sequences underlying regions with allelic variation in chromatin accessibility revealed a paternally-associated sequence motif bound by ERF48, a target of the Polycomb repressive complex 2 (PRC2), and sequence similarity of this motif corresponded to local levels of H3K27me3, a signature of PRC2 activity. Conclusions Using a locally phased assembly of a heterozygous citrus cultivar, we dissected the interplay between genetic variants and molecular phenotypes with the goal of revealing functional cis-regulatory sequences and exploring the evolution of gene regulation.

Abstract Herpes simplex virus 1 (HSV-1) transcription is restricted in latently infected neurons and the genomes are in mostly silenced chromatin, whereas all viral genes are transcribed in lytically infected cells, in which the genomes are dynamically chromatinized. Epigenetic regulation modulates HSV-1 transcription during lytic, latent, and reactivating infections, but the precise mechanisms are not fully defined. Nucleosomes are dynamic; they slide, breathe, assemble and disassemble. We and others have proposed that the most dynamic HSV-1 chromatin is transcriptionally competent whereas the least dynamic is silenced. However, the mechanisms yielding the unusually dynamic viral chromatin remain unknown. Histone variants affect nucleosome dynamics. The dynamics of H2A, H2A.X and macroH2A were enhanced in infected cells, whereas those of H2A.B uniquely decreased. We constructed stably transduced cells expressing tagged histone H2A, H2A.B, macroH2A, or H2B, which assembles the H2A/H2B nucleosome dimers with all H2A variants. All H2A variants, ectopic, and endogenous H2B, were assembled into HSV-1 chromatin evenly throughout the genome, but canonical H2A was relatively depleted from the viral chromatin whereas H2A.B was enriched in the most dynamic viral chromatin. When viral transcription was restricted, H2A.B became as depleted from the viral chromatin through the entire genome as H2A. We propose that lytic HSV-1 nucleosomes are enriched in the dynamic variant H2A.B/H2B dimers to promote HSV-1 chromatin dynamics and transcriptional competency, and conclude that the dynamics of HSV-1 chromatin are determined in part by the H2A variants. Importance HSV-1 transcription is epigenetically regulated during latent and lytic infections, and epigenetic inhibitors have been proposed as potential antiviral drugs to modulate latency and reactivation. However, the detailed mechanisms of regulation of HSV-1 transcription by epigenetics have not been fully characterized and may differ from those regulating cellular transcription. In particular, the lytic HSV-1 chromatin is unusually dynamic, whereas the latent silenced one is not, but the mechanisms resulting in the unique dynamics of the lytic chromatin remain unknown. Here we identify the enrichment on the highly dynamic histone 2A variant H2A in the most dynamic viral chromatin, which provides a mechanistic understanding for its unique dynamics. Future work to identify the mechanisms of enrichment in H2A.B on the viral chromatin may identify novel druggable epigenetic regulators that modulate HSV-1 latency and reactivation.

Canine parvovirus (CPV) is a small non-enveloped single-stranded DNA virus that causes serious diseases in dogs worldwide. The original strain of the virus (CPV-2) emerged in dogs during the late-1970s due to a host range switch of a virus similar to the feline panleukopenia virus (FPV) that infected another host. The virus that emerged in dogs had altered capsid receptor- and antibody-binding sites, with some changes affecting both functions. Further receptor and antibody binding changes arose when the virus became better adapted to dogs or to other hosts. Here, we use in vitro selection and deep sequencing to reveal how two antibodies with known interactions select for escape mutations in CPV. The antibodies bind two distinct epitopes, and one largely overlaps the host receptor binding site. We also engineered antibody variants with altered binding structures. Viruses were passaged with the wild type or mutated antibodies, and their genomes deep sequenced during the selective process. A small number of mutations were detected only within the capsid protein gene during the first few passages of selection, and most sites remained polymorphic or were slow to go to fixation. Mutations arose both within and outside the antibody binding footprints on the capsids, and all avoided the TfR-binding footprint. Many selected mutations matched those that have arisen in the natural evolution of the virus. The patterns observed reveal the mechanisms by which these variants have been selected in nature and provide a better understanding of the interactions between antibody and receptor selections.Antibodies protect animals against infection by many different viruses and other pathogens, and we are gaining new information about the epitopes that induce antibody responses against viruses and the structures of the bound antibodies. However, less is known about the processes of antibody selection and antigenic escape and the constraints that apply in this system. Here, we use an in vitro model system and deep genome sequencing to reveal the mutations that arise in the virus genome during selection by each of two monoclonal antibodies or their engineered variants. High-resolution structures of each of the Fab: capsid complexes revealed their binding interactions. The engineered forms of the wild-type antibodies or mutant forms allowed us to examine how changes in antibody structure influence the mutational selection patterns seen in the virus. The results shed light on the processes of antibody binding, neutralization escape, and receptor binding, and likely have parallels for many other viruses.