Circadian rhythm misalignment due to social jet lag, shift work, early morning starts, and delayed bedtimes is becoming common in our modern society. Disturbances of sleep and the underlying circadian rhythms are related to multiple human diseases, such as obesity, diabetes, cardiovascular disorders, and cognitive impairments. Given the crucial role of microbiota in the same pathologies as are caused by sleep disturbance, how the gut microbiota is affected by sleep is of increasing interest. The results of this study indicate that the acute circadian rhythm disturbance caused by sleep-wake shifts affect the human gut microbiota, especially the functional profiles of gut microbes and interactions among them. Further experiments with a longer-time-scale intervention and larger sample size are needed to assess the effects of chronic circadian rhythm disruption on the gut microbiome and to guide possible microbial therapies for clinical intervention in the related diseases.

The collective function of calcineurin B-like (CBL) calcium ion (Ca2+ ) sensors and CBL-interacting protein kinases (CIPKs) in decoding plasma-membrane-initiated Ca2+ signals to convey developmental and adaptive responses to fluctuating nitrate availability remained to be determined. Here, we generated a cbl-quintuple mutant in Arabidopsis thaliana devoid of these Ca2+ sensors at the plasma membrane and performed comparative phenotyping, nitrate flux determination, phosphoproteome analyses, and studies of membrane domain protein distribution in response to low and high nitrate availability. We observed that CBL proteins exert multifaceted regulation of primary and lateral root growth and nitrate fluxes. Accordingly, we found that loss of plasma membrane Ca2+ sensor function simultaneously affected protein phosphorylation of numerous membrane proteins, including several nitrate transporters, proton pumps, and aquaporins, as well as their distribution within plasma membrane microdomains, and identified a specific phosphorylation and domain distribution pattern during distinct phases of low and high nitrate responses. Collectively, these analyses reveal a central and coordinative function of CBL-CIPK-mediated signaling in conveying plant adaptation to fluctuating nitrate availability and identify a crucial role of Ca2+ signaling in regulating the composition and dynamics of plasma membrane microdomains.

Abstract A novel multitope protein-peptide vaccine against Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection and disease is described in this report. The initial development and characterization experiments are presented along with proof-of-concept studies for the vaccine candidate UB-612. UB-612 consists of eight components rationally designed for induction of potently neutralizing antibodies and broad T cell responses against SARS-CoV-2: the S1-RBD-sFc fusion protein, six synthetic peptides (one universal peptide and five SARS-CoV-2-derived peptides), a proprietary CpG TLR-9 agonist at low concentration as an excipient, and aluminum phosphate adjuvant. Through immunogenicity studies in Guinea pigs and rats, we optimized the design of protein/peptide immunogens and selected an adjuvant system, yielding a vaccine that provides excellent S1-RBD binding and high neutralizing antibody responses, robust cellular responses, and a Th1-oriented response at low doses. In challenge studies, UB- 612 vaccination reduced viral load and prevented development of disease in mouse and non-human primate challenge models. With a Phase 1 trial completed, a Phase 2 trial ongoing in Taiwan, and additional trials planned to support global authorizations, UB-612 is a highly promising and differentiated vaccine candidate for prevention of SARS-CoV-2 infection and COVID-19 disease. Author Summary SARS-CoV-2 virus, the causative agent of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19), has spread globally since its origin in 2019, causing an unprecedented public health crisis that has resulted in greater than 4.7 million deaths worldwide. Many vaccines are under development to limit disease spread and reduce the number of cases, but additional candidates that promote a robust immune response are needed. Here, we describe a multitope protein-peptide vaccine platform that is unique among COVID-19 vaccines. The advantages of our approach are induction of both high levels of neutralizing antibodies as well as a Th/CTL response in the vaccinated host, which mimics the immune response that occurs after natural infection with SARS-CoV-2. We demonstrate that our vaccine is immunogenic and effective in preventing disease in several animal models, including AAV- hACE-2 transduced mice, and both rhesus and cynomolgus macaques. Importantly, no immunopathology was observed in the lungs of immunized animals, therefore showing that antibody-dependent enhancement (ADE) does not occur. Our study provides an additional, novel vaccine candidate for advancement in clinical trials to treat and prevent SARS-CoV-2 infection and COVID-19 disease.

The azimuth of fractures and in situ horizontal stress are important factors in planning horizontal wells and hydraulic fracturing for unconventional resource plays. The azimuth of natural fractures can be directly obtained by analyzing image logs. The azimuth of the maximum horizontal stress [Formula: see text] can be predicted by analyzing the induced fractures on image logs. The clustering of microseismic events also can be used to predict the azimuth of in situ maximum horizontal stress. However, the azimuth of natural fractures and the in situ maximum horizontal stress obtained from image logs and microseismic events are limited to the wellbore locations. Wide-azimuth seismic data provide an alternative way to predict the azimuth of natural fractures and maximum in situ horizontal stress if the seismic attributes are properly calibrated with interpretations from well logs and microseismic data. To predict the azimuth of natural fractures and in situ maximum horizontal stress, we have focused our analysis on correlating the seismic attributes computed from pre- and poststack seismic data with the interpreted azimuth obtained from image logs and microseismic data. The application indicates that the strike of the most-positive principal curvature [Formula: see text] can be used as an indicator for the azimuth of natural fractures within our study area. The azimuthal anisotropy of the dominant frequency component of offset vector title seismic data can be used to predict the azimuth of maximum in situ horizontal stress within our study area that is located in the southern region of the Sichuan Basin, China. The predicted azimuths provide important information for the subsequent well planning and hydraulic fracturing.

Abstract Lipids play crucial roles in many biological processes under physiological and pathological conditions. Mapping spatial distribution and examining metabolic dynamics of different lipids in cells and tissues in situ are critical for understanding aging and diseases. Commonly used imaging methods, including mass spectrometry-based technologies or labeled imaging techniques, tend to disrupt the native environment of cells/tissues and have limited spatial or spectral resolution, while traditional optical imaging techniques still lack the capacity to distinguish chemical differences between lipid subtypes. To overcome these limitations, we developed a new hyperspectral imaging platform that integrates a Penalized Reference Matching algorithm with Stimulated Raman Scattering (PRM-SRS) microscopy. With this new approach, we directly visualized and identified multiple lipid species in cells and tissues in situ with high chemical specificity and subcellular resolution. High density lipoprotein (HDL) particles containing non-esterified cholesterol was observed in the kidney, indicating that these pools of cholesterol are ectopic deposits, or have yet to be enriched. We detected a higher Cholesterol to phosphatidylethanolamine (PE) ratio inside the granule cells of hippocampal samples in old mice, suggesting altered membrane lipid synthesis and metabolism in aging brains. PRM-SRS imaging also revealed subcellular distributions of sphingosine and cardiolipin in the human brain sample. Compared with other techniques, PRM-SRS demonstrates unique advantages, including faster data processing and direct user-defined visualization with enhanced chemical specificity for distinguishing clinically relevant lipid subtypes in different organs and species. Our method has broad applications in multiplexed cell and tissue imaging.

Abstract Current metagenome-assembled human phage catalogs contained mostly fragmented genomes. Here, we developed a vigorous phage detection method involving phage enrichment and long-read sequencing and applied to 135 fecal samples. With ~10 times more efficient in obtaining complete genomes (~34%) than the Gut Virome Database, we identified the first megabasephage (~1.03Mb), and revealed the hidden diversity of the gut phageome including dozens of phages more prevalent than the crAssphages and Gubaphages.

Abstract Phytophthora infestans , the causal agent of potato late blight, is a devastating plant disease that leads to Irish potato famine and threatens world-wide food security. Despite the genome of P. infestans has provided fundamental resource for studying the aggressiveness of this pandemic pathogen, the epigenomes remain poorly understood. Here, utilizing liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), we demonstrate post-translational modifications (PTM) at P. infestans core histone H3. The PTMs not only include these prevalent modifications in eukaryotes, and also some novel marks, such as H3K53me2 and H3K122me3. We focused on the trimethylations of H3K4, H3K9 and H3K27 and H3K36, and profiled P. infestans epigenomes employing Native Chromatin Immunoprecipitation followed by sequencing (N-ChIP-seq). In parallel, we mapped P. infestans chromomatin accessibility by Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high-throughput sequencing (ATAC-seq). We found that adaptive genomic compartments display significantly higher levels of H3K9me3 and H3K27me3, and are generally in condense chromatin. Interestingly, we observed that genes encoding virulence factors, such as effectors, are enriched in open chromatin regions that barely have the four histone modifications. With a combination of genomic, epigenomic, transcriptomic strategies, our study illustrates the epigenetic states in P. infestans , which will help to study genomic functions and regulations in this pathogen. Author summary Epigenetics play an important role in various biological processes of eukaryotes, including pathogenicity of plant pathogens. However, the epigenetic landscapes are marginally known in oomycetes that are fungal-like organisms and comprise lots of destructive plant pathogens. In this study, using the Irish potato famine pathogen Phytophthora infestans as a model, we conducted genome-wide studies of histone post modifications and chromatin accessibility, and demonstrate the relationship of gene expression and evolution with the epigenetic marks. We found that one of the most important classes of virulence proteins, effectors, are enriched in open chromatin regions that barely have eu- and hetero-chromatic marks. This study provides an overview of the oomycete epigenetic atlas, and advances our understanding of the regulation of virulence factors in plant pathogens.

Abstract During the course of cancer treatment, both efficacy and the adverse effects of drugs on patients should be taken into account. Although some public databases and modeling frameworks have been developed through studies on drug response, the negative effects of drugs are always neglected. Furthermore, most of them only considered the ramifications of the drug on the cell line, but the effects on the patient still require a huge amount of work to integrate data from various databases and calculations, especially in relation to precision treatment. In order to address these issues, we developed the DBPOM ( http://www.dbpom.net/ , a comprehensive database of pharmaco-omics for cancer precision medicine), which explores various drugs’ efficacy levels by calculating their potency in reverse, or enhancing cancer-associated gene expression changes. When compared with existing databases, the DBPOM could estimate the effectiveness of a drug on individual patients through the mapping of various cell lines to each person according to their genetic mutation similarities. The DBPOM is an easy-to-use and one-stop database for clinicians and drug researchers to search and analyze the overall effect of a drug or a drug combination on cancer patients as well as the biological functions that they target. We anticipate that DBPOM will become an important resource and analysis platform for drug development, drug mechanism studies and the discovery of new therapies.

Abstract Relatively small genomic introgressions containing quantitative trait loci can have significant impacts on the phenotype of an individual plant. However, the magnitude of phenotypic effects for the same introgression can vary quite substantially in different environments due to allele-by-environment interactions. To study potential patterns of allele-by-environment interactions, fifteen near-isogenic lines (NILs) with >90% B73 genetic background and multiple Mo17 introgressions were grown in 16 different environments. These environments included five geographical locations with multiple planting dates and multiple planting densities. The phenotypic impact of the introgressions was evaluated for up to 26 traits that span different growth stages in each environment to assess allele-by-environment interactions. Results from this study showed that small portions of the genome can drive significant genotype-by-environment interaction across a wide range of vegetative and reproductive traits, and the magnitude of the allele-by-environment interaction varies across traits. Some introgressed segments were more prone to genotype-by-environment interaction than others when evaluating the interaction on a whole plant basis throughout developmental time, indicating variation in phenotypic plasticity throughout the genome. Understanding the profile of allele-by-environment interaction is useful in considerations of how small introgressions of QTL or transgene containing regions might be expected to impact traits in diverse environments. Key Message Significant allele-by-environment interactions are observed for traits throughout development from small introgressed segments of the genome.

Abstract DNA methylation is essential for the survival of bacteriophages (phages), yet, we know little about the methylation of their genomes. Here, we analyze the DNA methylation patterns of 8,848 metagenome-assembled high-quality phages across 104 fecal samples using single-molecule real-time (SMRT) sequencing. We show that 97.60% of gut phages could be methylated, and reveal factors that correlate with methylation densities. Phages having higher methylation densities are more prevent, suggesting putative viability advantages of the DNA methylation. Strikingly, more than a third of the phages encode their own DNA methyltransferases (MTases). More MTase copies are associated with increased genome methylation densities, methylation motifs, and higher prevalence of certain phage groups. Most MTases are closely homologous to gut bacterium-encoded ones, likely exchanged during phage-bacterium interactions, and could be used to accurately predict phage-host relationships. Taken together, our results suggest that the gut DNA phages universally use DNA methylation to escape from host defense systems with significant contribution from phage-encoded MTases.