Vaccine and antiviral development against SARS-CoV-2 infection or COVID-19 disease would benefit from validated small animal models. Here, we show that transgenic mice expressing human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) by the human cytokeratin 18 promoter (K18 hACE2) represent a susceptible rodent model. K18 hACE2 transgenic mice succumbed to SARS-CoV-2 infection by day 6, with virus detected in lung airway epithelium and brain. K18 ACE2 transgenic mice produced a modest TH1/2/17 cytokine storm in the lung and spleen that peaked by day 2, and an extended chemokine storm that was detected in both lungs and brain. This chemokine storm was also detected in the brain at day 6. K18 hACE2 transgenic mice are, therefore, highly susceptible to SARS-CoV-2 infection and represent a suitable animal model for the study of viral pathogenesis, and for identification and characterization of vaccines (prophylactic) and antivirals (therapeutics) for SARS-CoV-2 infection and associated severe COVID-19 disease.

To provide context for the diversification of archosaurs—the group that includes crocodilians, dinosaurs, and birds—we generated draft genomes of three crocodilians: Alligator mississippiensis (the American alligator), Crocodylus porosus (the saltwater crocodile), and Gavialis gangeticus (the Indian gharial). We observed an exceptionally slow rate of genome evolution within crocodilians at all levels, including nucleotide substitutions, indels, transposable element content and movement, gene family evolution, and chromosomal synteny. When placed within the context of related taxa including birds and turtles, this suggests that the common ancestor of all of these taxa also exhibited slow genome evolution and that the comparatively rapid evolution is derived in birds. The data also provided the opportunity to analyze heterozygosity in crocodilians, which indicates a likely reduction in population size for all three taxa through the Pleistocene. Finally, these data combined with newly published bird genomes allowed us to reconstruct the partial genome of the common ancestor of archosaurs, thereby providing a tool to investigate the genetic starting material of crocodilians, birds, and dinosaurs.

The Tibetan antelope (Pantholops hodgsonii) is endemic to the extremely inhospitable high-altitude environment of the Qinghai-Tibetan Plateau, a region that has a low partial pressure of oxygen and high ultraviolet radiation. Here we generate a draft genome of this artiodactyl and use it to detect the potential genetic bases of highland adaptation. Compared with other plain-dwelling mammals, the genome of the Tibetan antelope shows signals of adaptive evolution and gene-family expansion in genes associated with energy metabolism and oxygen transmission. Both the highland American pika, and the Tibetan antelope have signals of positive selection for genes involved in DNA repair and the production of ATPase. Genes associated with hypoxia seem to have experienced convergent evolution. Thus, our study suggests that common genetic mechanisms might have been utilized to enable high-altitude adaptation. The endemic Tibetan antelope is adapted to high-altitude environments with low partial pressure of oxygen and high level of ultraviolet radiation. Here Ge et al. report a draft genome of this species and by comparison with other mammals, present possible genetic bases of highland adaptation.

ABSTRACT Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the viral pathogen responsible for the current coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic. To date, it is estimated that over 113 million individuals have been infected with SARS-CoV-2 and over 2.5 million human deaths have been recorded worldwide. Currently, three vaccines have been approved by the Food and Drug Administration for emergency use only. However much of the pathogenesis observed during SARS-CoV-2 infection remains elusive. To gain insight into the contribution of individual accessory open reading frame (ORF) proteins in SARS-CoV-2 pathogenesis, we used our recently described reverse genetics system approach to successfully engineer recombinant (r)SARS-CoV-2, where we individually removed viral 3a, 6, 7a, 7b, and 8 ORF proteins, and characterized these recombinant viruses in vitro and in vivo . Our results indicate differences in plaque morphology, with ORF deficient (ΔORF) viruses producing smaller plaques than those of the wild-type (rSARS-CoV-2/WT). However, growth kinetics of ΔORF viruses were like those of rSARS-CoV-2/WT. Interestingly, infection of K18 human angiotensin converting enzyme 2 (hACE2) transgenic mice with the ΔORF rSARS-CoV-2 identified ORF3a and ORF6 as the major contributors of viral pathogenesis, while ΔORF7a, ΔORF7b and ΔORF8 rSARS-CoV-2 induced comparable pathology to rSARS-CoV-2/WT. This study demonstrates the robustness of our reverse genetics system to generate rSARS-CoV-2 and the major role for ORF3a and ORF6 in viral pathogenesis, providing important information for the generation of attenuated forms of SARS-CoV-2 for their implementation as live-attenuated vaccines for the treatment of SARS-CoV-2 infection and associated COVID-19. IMPORTANCE Despite great efforts put forward worldwide to combat the current coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) continues to be a human health and socioeconomic threat. Insights into the pathogenesis of SARS-CoV-2 and contribution of viral proteins to disease outcome remains elusive. Our study aims to determine the contribution of SARS-CoV-2 accessory open reading frame (ORF) proteins in viral pathogenesis and disease outcome, and develop a synergistic platform combining our robust reverse genetics system to generate recombinant (r)SARS-CoV-2 with a validated rodent model of infection and disease. We demonstrated that SARS-CoV-2 ORF3a and ORF6 contribute to lung pathology and ultimately disease outcome in K18 hACE2 transgenic mice, while ORF7a, ORF7b, and ORF8 have little impact on disease outcome. Moreover, our combinatory platform serves as the foundation to generate attenuated forms of the virus to develop live-attenuated vaccines for the treatment of SARS-CoV-2.

An infectious coronavirus disease 2019 (COVID-19) emerged in the city of Wuhan (China) in December 2019, causing a pandemic that has dramatically impacted public health and socioeconomic activities worldwide. A previously unknown coronavirus, Severe Acute Respiratory Syndrome CoV-2 (SARS-CoV-2), has been identified as the causative agent of COVID-19. To date, there are no United States (US) Food and Drug Administration (FDA)-approved vaccines or therapeutics available for the prevention or treatment of SARS-CoV-2 infection and/or associated COVID-19 disease, which has triggered a large influx of scientific efforts to develop countermeasures to control SARS-CoV-2 spread. To contribute to these efforts, we have developed an infectious cDNA clone of the SARS-CoV-2 USA-WA1/2020 strain based on the use of a bacterial artificial chromosome (BAC). Recombinant (r)SARS-CoV-2 was readily rescued by transfection of the BAC into Vero E6 cells. Importantly, the BAC-derived rSARS-CoV-2 exhibited growth properties and plaque sizes in cultured cells comparable to those of the SARS-CoV-2 natural isolate. Likewise, rSARS-CoV-2 showed similar levels of replication to that of the natural isolate in nasal turbinates and lungs of infected golden Syrian hamsters. This is, to our knowledge, the first BAC based reverse genetics system for the generation of infectious rSARS-CoV-2 that displays similar features in vivo to that of a natural viral isolate. This SARS-CoV-2 BAC-based reverse genetics will facilitate studies addressing several important questions in the biology of SARS-CoV-2, as well as the identification of antivirals and development of vaccines for the treatment of SARS-CoV-2 infection and associated COVID-19 disease.

ABSTRACT Vaccine and antiviral development against SARS-CoV-2 infection or COVID-19 disease currently lacks a validated small animal model. Here, we show that transgenic mice expressing human angiotensin converting enzyme 2 (hACE2) by the human cytokeratin 18 promoter (K18 hACE2) represent a susceptible rodent model. K18 hACE2-transgenic mice succumbed to SARS-CoV-2 infection by day 6, with virus detected in lung airway epithelium and brain. K18 ACE2-transgenic mice produced a modest TH1/2/17 cytokine storm in the lung and spleen that peaked by day 2, and an extended chemokine storm that was detected in both lungs and brain. This chemokine storm was also detected in the brain at day 4. K18 hACE2-transgenic mice are, therefore, highly susceptible to SARS-CoV-2 infection and represent a suitable animal model for the study of viral pathogenesis, and for identification and characterization of vaccines (prophylactic) and antivirals (therapeutics) for SARS-CoV-2 infection and associated severe COVID-19 disease.

Abstract Schistosoma mansoni, a snail-vectored, blood fluke that infects humans, was introduced into the Americas from Africa during the Trans-Atlantic slave trade. As this parasite shows strong specificity to the snail intermediate host, we expected that adaptation to S. American Biomphalaria spp. snails would result in population bottlenecks and strong signatures of selection. We scored 475,081 single nucleotide variants (SNVs) in 143 S. mansoni from the Americas (Brazil, Guadeloupe, and Puerto Rico) and Africa (Cameroon, Niger, Senegal, Tanzania, and Uganda), and used these data to ask: (i) Was there a population bottleneck during colonization? (ii) Can we identify signatures of selection associated with colonization? And (iii) what were the source populations for colonizing parasites? We found a 2.4-2.9-fold reduction in diversity and much slower decay in linkage disequilibrium (LD) in parasites from East to West Africa. However, we observed similar nuclear diversity and LD in West Africa and Brazil, suggesting no strong bottlenecks and limited barriers to colonization. We identified five genome regions showing selection in the Americas, compared with three in West Africa and none in East Africa, which we speculate may reflect adaptation during colonization. Finally, we infer that unsampled African populations from central African regions between Benin and Angola, with contributions from Niger, are likely the major source(s) for Brazilian S. mansoni . The absence of a bottleneck suggests that this is a rare case of a serendipitous invasion, where S. mansoni parasites were preadapted to the Americas and were able to establish with relative ease.

The American alligator, Alligator mississippiensis, like all crocodilians, has temperature-dependent sex determination, in which the sex of an embryo is determined by the incubation temperature of the egg during a critical period of development. The lack of genetic differences between male and female alligators leaves open the question of how the genes responsible for sex determination and differentiation are regulated. One insight into this question comes from the fact that exposing an embryo incubated at male-producing temperature to estrogen causes it to develop ovaries. Because estrogen response elements are known to regulate genes over long distances, a contiguous genome assembly is crucial for predicting and understanding its impact. We present an improved assembly of the American alligator genome, scaffolded with in vitro proximity ligation (Chicago) data. We use this assembly to scaffold two other crocodilian genomes based on synteny. We perform RNA sequencing of tissues from American alligator embryos to find genes that are differentially expressed between embryos incubated at male- versus female-producing temperature. Finally, we use the improved contiguity of our assembly along with the current model of CTCF-mediated chromatin looping to predict regions of the genome likely to contain estrogen-responsive genes. We find that these regions are significantly enriched for genes with female-biased expression in developing gonads after the critical period during which sex is determined by incubation temperature. We thus conclude that estrogen signaling is a major driver of female-biased gene expression in the post-temperature sensitive period gonads.

Abstract Organisms with low effective population sizes are at greater risk of extinction because of reduced genetic diversity. Dipodomys elator is a kangaroo rat that is classified as threatened in Texas and field surveys from the past 50 years indicate that the distribution of this species has decreased. This suggests geographic range reductions that could have caused population fluctuations, potentially impacting effective population size. Conversely, the more common and widespread D. ordii is thought to exhibit relative geographic and demographic stability. Genetic variation between D. elator and D. ordii samples was assessed using 3RAD, a modified restriction site associated sequencing approach. It was hypothesized that D. elator would show lower levels of nucleotide diversity, observed heterozygosity, and effective population size when compared to D. ordii . Also of interest was identifying population structure within contemporary samples of D. elator and detecting genetic variation between temporal samples that could indicate demographic dynamics. Up to 61,000 single nucleotide polymorphisms were analyzed. It was determined that genetic variability and effective population size in contemporary D. elator populations were lower than that of D. ordii , that there is only slight, if any, structure within contemporary D. elator populations, and there is little genetic differentiation between spatial or temporal historical samples suggesting little change in nuclear genetic diversity over 30 years. Results suggest that genetic diversity of D. elator has remained stable despite claims of reduced population size and/or abundance, which may indicate a metapopulation-like system, whose fluctuations might counteract any immediate decrease in fitness.

Genomic analysis has revealed extensive contamination among laboratory-maintained microbes including malaria parasites,