Abstract We report de novo genome assemblies, transcriptomes, annotations, and methylomes for the 26 inbreds that serve as the founders for the maize nested association mapping population. The data indicate that the number of pan-genes exceeds 103,000 and that the ancient tetraploid character of maize continues to degrade by fractionation to the present day. Excellent contiguity over repeat arrays and complete annotation of centromeres further reveal the locations and internal structures of major cytological landmarks. We show that combining structural variation with SNPs can improve the power of quantitative mapping studies. Finally, we document variation at the level of DNA methylation, and demonstrate that unmethylated regions are enriched for cis-regulatory elements that overlap QTL and contribute to changes in gene expression. One sentence summary A multi-genome analysis of maize reveals previously unknown variation in gene content, genome structure, and methylation.

Abstract Transposable elements (TEs) have the potential to create regulatory variation both through disruption of existing DNA regulatory elements and through creation of novel DNA regulatory elements. In a species with a large genome, such as maize, the many TEs interspersed with genes creates opportunities for significant allelic variation due to TE presence/absence polymorphisms among individuals. We used information on putative regulatory elements in combination with knowledge about TE polymorphisms in maize to identify TE insertions that interrupt existing accessible chromatin regions (ACRs) in B73 as well as examples of polymorphic TEs that contain ACRs among four inbred lines of maize including B73, Mo17, W22, and PH207. The TE insertions in three other assembled maize genomes (Mo17, W22 or PH207) that interrupt ACRs that are present in the B73 genome can trigger changes to the chromatin suggesting the potential for both genetic and epigenetic influences of these insertions. Nearly 20% of the ACRs located over 2kb from the nearest gene are located within an annotated TE. These are regions of unmethylated DNA that show evidence for functional importance similar to ACRs that are not present within TEs. Using a large panel of maize genotypes we tested if there is an association between the presence of TE insertions that interrupt, or carry, an ACR and the expression of nearby genes. TEs that carry ACRs exhibit an enrichment for being associated with higher expression of nearby genes, suggesting that these TEs may create novel regulatory elements. These analyses highlight the potential for TEs to rewire transcriptional responses in eukaryotic genomes. Data Availability In this study we utilize previously published datasets that are available through the following accessions: SRX4727413, SRR8738272, and SRR8740852.

Abstract The role of regulatory T cells (Tregs) in limiting responses to pathogens in tissues remains poorly described. We used scRNA-Seq and a newly generated Foxp3 -lineage reporter line ( Foxp3-iDTR mice) to track Tregs in the lungs and peripheral blood following infection with influenza virus. Few Tregs of any type were found in the lung at steady-state. Following influenza infection Tregs expressing a strong interferon-stimulated gene signature (ISG-Tregs) appeared by day 3, peaked by day 7, and largely disappeared by day 21 post-infection. A second diverse wave of tissue-repair-like Tregs (TR-Tregs) appeared by day 10 and were maintained through day 21 post-infection. These two distinct Treg subsets had different gene expression patterns and distinct TCR repertoires. To establish the role of Tregs during influenza infection, we acutely ablated Tregs at day 6 post-infection; this resulted in a significant increase in IgA+ B cells in the lung. To determine whether distinct Tregs subsets could also be observed in response to respiratory viral infections in humans we analyzed scRNA-Seq datasets of patients with COVID-19. Peripheral blood from healthy human volunteers had multiple Treg subsets defined by unique gene expression patterns, but few ISG-Tregs. In contrast, two distinct Tregs subsets were expanded in COVID-19 patients - ISG-Tregs and IL32 expressing Tregs (16-fold and 2-fold increased, respectively). ISG-Tregs were present at significantly higher levels in patients with mild versus severe COVID-19, while IL32 expressing Tregs showed the opposite pattern. Thus, the Treg response to respiratory viruses in humans is also diverse and correlates with disease outcome.

ABSTRACT Maize ( Zea mays L.) is a multi-purpose row crop grown worldwide, which overtime has often been bred for increased yield at the detriment of lower composition grain quality. Some knowledge of the genetic factors that affect quality traits has been discovered through the study of classical maize mutants. However, much of the underlying genetic architecture controlling these traits and the interaction between these traits remains unknown. To better understand variation that exists for grain compositional traits in maize, we evaluated 501 diverse temperate maize inbred lines in five unique environments and predicted 16 compositional traits (e.g. carbohydrates, protein, starch) based on the output of near-infrared (NIR) spectroscopy. Phenotypic analysis found substantial variation for compositional traits and the majority of variation was explained by genetic and environmental factors. Correlations and trade-offs among traits in different maize types (e.g. dent, sweetcorn, popcorn) were explored and significant differences and correlations were detected. In total, 22.9-71.1% of the phenotypic variation across these traits could be explained using 2,386,666 single nucleotide polymorphism (SNP) markers generated from whole genome resequencing data. A genome-wide association study (GWAS) was conducted using these same markers and found 70 statistically significant loci for 12 compositional traits. This study provides valuable insights in the phenotypic variation and genetic architecture underlying compositional traits that can be used in breeding programs for improving maize grain quality. Core Ideas Understanding kernel compositional variation is important for food grade corn improvement. Genetic and environmental factors account for most of the variation in compositional traits. A broad range in trait heritabilities was observed across compositional traits. Compositional trade-offs will be important to consider when conducting multitrait breeding. Compositional traits are mostly controlled by a large number of small effect loci.

ABSTRACT Intact transposable elements (TEs) account for 65% of the maize genome and can impact gene function and regulation. Although TEs comprise the majority of the maize genome and affect important phenotypes, genome wide patterns of TE polymorphisms in maize have only been studied in a handful of maize genotypes, due to the challenging nature of assessing highly repetitive sequences. We implemented a method to use short read sequencing data from 509 diverse inbred lines to classify the presence/absence of 445,418 non-redundant TEs that were previously annotated in four genome assemblies including B73, Mo17, PH207, and W22. Different orders of TEs (i.e. LTRs, Helitrons, TIRs) had different frequency distributions within the population. LTRs with lower LTR similarity were generally more frequent in the population than LTRs with higher LTR similarity, though high frequency insertions with very high LTR similarity were observed. LTR similarity and frequency estimates of nested elements and the outer elements in which they insert revealed that most nesting events occurred very near the timing of the outer element insertion. TEs within genes were at higher frequency than those that were outside of genes and this is particularly true for those not inserted into introns. Many TE insertional polymorphisms observed in this population were tagged by SNP markers. However, there were also 19.9% of the TE polymorphisms that were not well tagged by SNPs (R 2 < 0.5) that potentially represent information that has not been well captured in previous SNP based marker-trait association studies. This study provides a population scale genome-wide assessment of TE variation in maize, and provides valuable insight on variation in TEs in maize and factors that contribute to this variation.

Type I and III interferons (IFNs) are robustly induced during infections and protect cells against viral infection. Both type I and III IFNs are also produced at low levels in the thymus at steady state; however, their role in T cell development and immune tolerance is unclear. Here, we found that both type I and III IFNs were constitutively produced by a very small number of AIRE + murine thymic epithelial cells, independent of microbial stimulation. Antigen-presenting cells were highly responsive to thymic IFNs, and IFNs were required for the activation and maturation of thymic type 1 conventional dendritic cells, macrophages, and B cells. Loss of IFN sensing led to reduced regulatory T cell selection, reduced T cell receptor (TCR) repertoire diversity, and enhanced autoreactive T cell responses to self-antigens expressed during peripheral IFN signaling. Thus, constitutive exposure to IFNs in the thymus is required for generating a tolerant and diverse TCR repertoire.

The adaptation of complex organisms to changing environments has been a central question in evolutionary quantitative genetics since its inception. The structure of the genotype-phenotype maps is critical because pleiotropic effects can generate widespread correlated responses to selection and potentially restrict the extent of evolutionary change. In this study we use experimental evolution to dissect the genetic architecture of natural variation for acute heat stress and oxidative stress response in the nematode Caenorhabiditis remanei. Previous work in the classic model nematode C. elegans has found that abiotic stress response is controlled by a handful of genes of major effect and that mutations in any one of these genes can have widespread pleiotropic effects on multiple stress response traits. Here, we find that acute heat stress response and acute oxidative response in C. remanei are polygenic, complex traits, with hundreds of genomic regions responding to selection. In contrast to expectation from mutation studies, we find that evolved acute heat stress and acute oxidative stress response for the most part display independent genetic bases. This lack of correlation is reflected at the levels of phenotype, gene expression, and in the genomic response to selection. Thus, while these findings support the general view that rapid adaptation can be generated by changes at hundreds to thousands of sites in the genome, the architecture of segregating variation is likely to be strongly parcellated by the pleiotropic structure of the underlying genetic networks.

Background: Advances in sequencing technologies have led to the release of reference genomes and annotations for multiple individuals within more well-studied systems. While each of these new genome assemblies shares significant portions of synteny between each other, the annotated structure of gene models within these regions can differ. Of particular concern are split-gene misannotations, in which a single gene is incorrectly annotated as two distinct genes or two genes are incorrectly annotated as a single gene. These misannotations can have major impacts on functional prediction, estimates of expression, and many downstream analyses. Results: We developed a high-throughput method based on pairwise comparisons of annotations that detect potential split-gene misannotations and quantifies support for whether the genes should be merged into a single gene model. We demonstrate the utility of our method using gene annotations of three reference genomes from maize (B73, PH207, and W22), a difficult system from an annotation perspective due to the size and complexity of the genome. On average, we find several hundred of these potential split-gene misannotations in each pairwise comparison, corresponding to 3-5% of gene models across annotations. To determine which state (i.e. one gene or multiple genes) is biologically supported, we utilize RNAseq data from 10 tissues throughout development along with a novel metric and simulation framework. The methods we have developed require minimal human interaction and can be applied to future assemblies to aid in annotation efforts. Conclusions: Split-gene misannotations occur at appreciable frequency in maize annotations. We have developed a method to easily identify and correct these misannotations. Importantly, this method is generic in that it can utilize any type of short-read expression data. Failure to account for split-gene misannotations has serious consequences for biological inference, particularly for expression-based analyses.

Interpretation of disease-causing genetic variants remains a challenge in the field of human genetics and rare disease. Current costs and complexity of performing deep mutational scanning for charting variant effects hampers crowd-sourcing approaches toward genome-wide resolution of variants in all disease-related genes. Our framework, Saturation Mutagenesis-Reinforced Functional assays (SMuRF), addresses these issues by modularizing DMS components, offering simple and cost-effective saturation mutagenesis, as well as streamlining functional assays to enhance interpretation of unresolved variants. Applying SMuRF to neuromuscular disease genes FKRP and LARGE1, we have generated functional scores for over 99.8% of all possible coding single nucleotide variants (SNVs), providing an additional line of evidence for clinical variant interpretation in dystroglycanopathies. Data generated from SMuRF enables severity prediction, resolve critical protein structural regions susceptible to missense disruptions, and provide training datasets for development of computational predictors. In summary, our approach provides a framework for enabling variant-to-function insights for disease genes in a manner that is accessible for crowd-sourcing implementation across standard research laboratories.

KLRG1 + CD8 T cells persist for months after clearance of acute infections and maintain high levels of effector molecules, contributing protective immunity against systemic pathogens. Upon secondary infection, these long-lived effector cells (LLECs) are incapable of forming other circulating KLRG1 − memory subsets such as central and effector memory T cells. Thus, KLRG1 + memory T cells are frequently referred to as a terminally differentiated population that is relatively short lived. Here, we show that after viral infection of mice, effector cells derived from LLECs rapidly enter nonlymphoid tissues and reduce pathogen burden but are largely dependent on receiving antigen cues from vascular endothelial cells. Single-cell RNA sequencing reveals that secondary memory cells in nonlymphoid tissues arising from either KLRG1 + or KLRG1 − memory precursors develop a similar resident memory transcriptional signature. Thus, although LLECs cannot differentiate into other circulating memory populations, they still retain the flexibility to enter tissues and establish residency.