ABSTRACT Metagenomics has enabled the rapid, unbiased detection of microbes across diverse sample types, leading to exciting discoveries in infectious disease, microbiome, and viral research. However, the analysis of metagenomic data is often complex and computationally resource-intensive. CZ ID is a free, cloud-based genomic analysis platform that enables researchers to detect microbes using metagenomic data, identify antimicrobial resistance genes, and generate viral consensus genomes. With CZ ID, researchers can upload raw sequencing data, find matches in NCBI databases, get per-sample taxon metrics, and perform a variety of analyses and data visualizations. The intuitive interface and interactive visualizations make exploring and interpreting results simple. Here, we describe the expansion of CZ ID with a new long read mNGS pipeline that accepts Oxford Nanopore generated data ( czid.org ). We report benchmarking of a standard mock microbial community dataset against Kraken2, a widely used tool for metagenomic analysis. We evaluated the ability of this new pipeline to detect divergent viruses using simulated datasets. We also assessed the detection limit of a spiked-in virus to a cell line as a proxy for clinical samples. Lastly, we detected known and novel viruses in previously characterized disease vector (mosquitoes) samples.

Abstract Some of the most spectacular adaptive radiations begin with founder populations on remote islands. How genetically limited founder populations give rise to the striking phenotypic and ecological diversity characteristic of adaptive radiations is a paradox of evolutionary biology. We conducted an evolutionary genomic analysis of genus Metrosideros , a landscape-dominant, incipient adaptive radiation of woody plants that spans a striking range of phenotypes and environments across the Hawaiian Islands. Using nanopore-sequencing, we created a chromosome-level genome assembly for M. polymorpha var. incana and analyzed wholegenome sequences of 131 individuals from 11 taxa sampled across the islands. We found evidence of population structure that grouped taxa by island. Demographic modeling showed concordance between the divergence times of island-specific lineages and the geological formation of individual islands. Gene flow was also detected within and between island taxa, suggesting a complex reticulated evolutionary history. We investigated genomic regions with increased differentiation as these regions may harbor variants involved in local adaptation or reproductive isolation, thus forming the genomic basis of adaptive radiation. We discovered differentiation outliers have arisen from balancing selection on ancient divergent haplotypes that formed before the initial colonization of the archipelago. These regions experienced recurrent divergent selection as lineages colonized and diversified on new islands, and hybridization likely facilitated the transfer of these ancient variants between taxa. Balancing selection on multiple ancient haplotypes–or time-tested variants–may help to explain how lineages with limited gene pools can rapidly diversify to fill myriad ecological niches on remote islands. Significance statement Some of the most spectacular adaptive radiations of plants and animals occur on remote oceanic islands, yet such radiations are preceded by founding events that severely limit genetic variation. How genetically depauperate founder populations give rise to the spectacular phenotypic and ecological diversity characteristic of island adaptive radiations is not known. We generated novel genomic resources for Hawaiian Metrosideros ––a hyper-variable incipient adaptive radiation of woody taxa—for insights into the paradox of remote island radiations. We found that Metrosideros colonized each island shortly after formation and diversified within islands through recurrent selection on ancient variations that predate the radiation. Recurring use of ancient variants may explain how genetically depauperate lineages can diversify to fill countless niches on remote islands.

Abstract TANGO2 deficiency disorder (TDD) is a rare, autosomal recessive condition caused by pathogenic variants in TANGO2 , a gene residing within the region commonly deleted in 22q11.2 deletion syndrome (22q11.2DS). Although patients with 22q11.2DS are at substantially higher risk for comorbid TDD, it remains underdiagnosed within 22q11.2DS, likely due to overlapping symptomatology and a lack of knowledge about TDD. Initiation of B‐vitamin supplementation may provide therapeutic benefit in TDD, highlighting the need for effective screening methods to improve diagnosis rates in this at‐risk group. In this retrospective, multicenter study, we evaluated two cohorts of patients with 22q11.2DS (total N = 435) for possible comorbid TDD using two different symptom‐based screening methods (free text‐mining and manual chart review versus manual chart review alone). The methodology of the cohort 1 screening method successfully identified a known 22q11.2DS patient with TDD. Combined, these two cohorts identified 21 living patients meeting the consensus recommendation for TANGO2 testing for suspected comorbid TDD. Of the nine patients undergoing TANGO2 sequencing with del/dup analysis, none were ultimately diagnosed with TDD. Of the 12 deaths in the suspected comorbid TDD cohort, some of these patients exhibited symptoms (rhabdomyolysis, cardiac arrhythmia, or metabolic crisis) suspicious of comorbid TDD contributing to their death. Collectively, these findings highlight the need for robust prospective screening tools for diagnosing comorbid TDD in patients with 22q11.2DS.

De novo variants in DDX3X account for 1-3% of unexplained intellectual disability (ID), one of the most common causes of ID, in females. Forty-seven patients (44 females, 3 males) have been described. We identified 29 additional individuals carrying 27 unique DDX3X variants in the setting of complex clinical presentations including developmental delay or ID. In addition to previously reported manifestations, rare or novel phenotypes were identified including respiratory problems, congenital heart disease, skeletal muscle mitochondrial DNA depletion, and late-onset neurologic decline. Our findings expand the spectrum of DNA variants and phenotypes associated with DDX3X disorders.

Abstract Borgs are huge extrachromosomal elements (ECE) of anaerobic methane-consuming “ Candidatus Methanoperedens” archaea. Here, we used nanopore sequencing to validate published complete genomes curated from short reads and to reconstruct new genomes. 13 complete and four near-complete linear genomes share 40 genes that define a largely syntenous genome backbone. We use these conserved genes to identify new Borgs from peatland soil and to delineate Borg phylogeny, revealing two major clades. Remarkably, Borg genes encoding OmcZ nanowire-like electron-exporting cytochromes and cell surface proteins are more highly expressed than those of host Methanoperedens , indicating that Borgs augment the Methanoperedens activity in situ . We reconstructed the first complete 4.00 Mbp genome for a Methanoperedens that is inferred to be a Borg host and predicted its methylation motifs, which differ from pervasive TC and CC methylation motifs of the Borgs. Thus, methylation may enable Methanoperedens to distinguish their genomes from those of Borgs. Very high Borg to Methanoperedens ratios and structural predictions suggest that Borgs may be capable of encapsulation. The findings clearly define Borgs as a distinct class of ECE with shared genomic signatures, establish their diversification from a common ancestor with genetic inheritance, and raise the possibility of periodic existence outside of host cells.

Immunoglobulin (IGH, IGK, IGL) loci in the human genome are highly polymorphic regions that encode the building blocks of the light and heavy chain IG proteins that dimerize to form antibodies. The processes of V(D)J recombination and somatic hypermutation in B cells are responsible for creating an enormous reservoir of highly specific antibodies capable of binding a vast array of possible antigens. However, the antibody repertoire is fundamentally limited by the set of variable (V), diversity (D), and joining (J) alleles present in the germline IG loci. To better understand how the germline IG haplotypes contribute to the expressed antibody repertoire, we combined genome sequencing of the germline IG loci with single-cell transcriptome sequencing of B cells from the same donor. Sequencing and assembly of the germline IG loci captured the IGH locus in a single fully-phased contig where the maternal and paternal contributions to the germline V, D, and J repertoire can be fully resolved. The B cells were collected following a measles, mumps, and rubella (MMR) vaccination, resulting in a population of cells that were activated in response to this specific immune challenge. Single-cell, full-length transcriptome sequencing of these B cells resulted in whole transcriptome characterization of each cell, as well as highly-accurate consensus sequences for the somatically rearranged and hypermutated light and heavy chain IG transcripts. A subset of antibodies synthesized based on their consensus heavy and light chain transcript sequences demonstrated binding to measles antigens and neutralization of measles live virus.