ABSTRACT The detection of low-abundance DNA N 6 -methyladenine (DNA-m6A) remains challenging, limiting our understanding of this novel base in eukaryotes. To address this, we introduce an approach for systematically validating the selectivity and sensitivity of antibody-based DNA-m6A methods, revealing most commercial antibodies as poorly selective towards DNA-m6A. Finally, using a validated highly selective anti-DNA-m6A antibody we expose distinct patterns of DNA-m6A in C. reinhardtii , A. thaliana , and D. melanogaster .

Long-read DNA sequencing has recently emerged as a powerful tool for studying both genetic and epigenetic architectures at single-molecule and single-nucleotide resolution. Long-read epigenetic studies encompass both the direct identification of native cytosine methylation as well as the identification of exogenously placed DNA N6-methyladenine (DNA-m6A). However, detecting DNA-m6A modifications using single-molecule sequencing, as well as coprocessing single-molecule genetic and epigenetic architectures, is limited by computational demands and a lack of supporting tools. Here, we introduce fibertools, a state-of-the-art toolkit that features a semisupervised convolutional neural network for fast and accurate identification of m6A-marked bases using PacBio single-molecule long-read sequencing, as well as the coprocessing of long-read genetic and epigenetic data produced using either PacBio or Oxford Nanopore sequencing platforms. We demonstrate accurate DNA-m6A identification (>90% precision and recall) along >20 kilobase long DNA molecules with a ~1,000-fold improvement in speed. In addition, we demonstrate that fibertools can readily integrate genetic and epigenetic data at single-molecule resolution, including the seamless conversion between molecular and reference coordinate systems, allowing for accurate genetic and epigenetic analyses of long-read data within structurally and somatically variable genomic regions.

Abstract Most human cells contain two non-identical genomes, and differences in their regulation underlie human development and disease. We demonstrate that Fiber-seq Inferred Regulatory Elements (FIREs) enable the accurate quantification of chromatin accessibility across the 6 Gbp diploid human genome with single-molecule and single-nucleotide precision. We find that cells can harbor >1,000 regulatory elements with haplotype-selective chromatin accessibility (HSCA) and show that these elements preferentially localize to genomic loci containing the most human genetic diversity, with the human leukocyte antigen (HLA) locus showing the largest amount of HSCA genome-wide in immune cells. Furthermore, we uncover HSCA elements with sequence non-deterministic chromatin accessibility, representing likely somatic epimutations, and show that productive transcription from the inactive X chromosome is buttressed by clustered promoter-proximal elements that escape X chromosome inactivation.

Single-molecule chromatin fiber sequencing is based on the single-nucleotide resolution identification of DNA N6-methyladenine (m6A) along individual sequencing reads. We present fibertools, a semi-supervised convolutional neural network that permits the fast and accurate identification of both endogenous and exogenous m6A-marked bases using single-molecule long-read sequencing. Fibertools enables highly accurate (>90% precision and recall) m6A identification along multi-kilobase DNA molecules with a ~1,000-fold improvement in speed and the capacity to generalize to new sequencing chemistries.

Summary The focal attachment of the kinetochore to the centromere core is essential for genome maintenance, yet the highly repetitive nature of human centromeres limits our understanding of their chromatin organization. We demonstrate that single-molecule chromatin fiber sequencing can uniquely resolve chromatin organization within centromeres at single-molecule and single-nucleotide resolution. We find that the centromere core contains a dichotomous chromatin organization not found elsewhere in the genome, which is characterized by highly accessible chromatin patches heterogeneously punctuated amongst tightly compacted nucleosome arrays. These highly accessible chromatin patches correspond to sites of kinetochore attachment, and clustered CENP-B occupancy within these patches phase nucleosome arrays to the alpha-satellite repeat. This dichotomous chromatin organization is conserved among humans despite the marked divergence of the underlying alpha-satellite organization and is similarly conserved in gibbon centromeres that lack alpha-satellite repeats, indicating that functional conservation within centromeres is mediated at the level of chromatin, not DNA sequence. Highlights Dichotomous accessible and compacted chromatin (dichromatin) marks centromere cores Highly accessible chromatin patches punctuate sites of kinetochore attachment Dichromatin can form irrespective of CENP-B occupancy Conservation within centromeres is mediated at the level of chromatin, not DNA

Abstract Biological sex affects numerous aspects of biology, yet how sex influences different biological processes has not been extensively studied at the molecular level. Caenorhabditis elegans , with both hermaphrodites (functionally females as adults) and males, is an excellent system to uncover how sex influences physiology. Here, we describe a method to isolate large quantities of C. elegans males by conditionally degrading DPY-27, a component of the dosage compensation complex essential for hermaphrodite, but not male, development. We show that germ cells from males isolated following DPY-27 degradation undergo meiosis and spermiogenesis like wild type and are competent to mate and produce viable offspring. We demonstrate the efficacy of this system by analyzing gene expression and performing affinity pull-downs from male worm extracts.