Abstract An essential step toward understanding brain function is to establish a cellular-resolution structural framework upon which multi-scale and multi-modal information spanning molecules, cells, circuits and systems can be integrated and interpreted. Here, through a collaborative effort from the Brain Initiative Cell Census Network (BICCN), we derive a comprehensive cell type-based description of one brain structure - the primary motor cortex upper limb area (MOp-ul) of the mouse. Applying state-of-the-art labeling, imaging, computational, and neuroinformatics tools, we delineated the MOp-ul within the Mouse Brain 3D Common Coordinate Framework (CCF). We defined over two dozen MOp-ul projection neuron (PN) types by their anterograde targets; the spatial distribution of their somata defines 11 cortical sublayers, a significant refinement of the classic notion of cortical laminar organization. We further combine multiple complementary tracing methods (classic tract tracing, cell type-based anterograde, retrograde, and transsynaptic viral tracing, high-throughput BARseq, and complete single cell reconstruction) to systematically chart cell type-based MOp input-output streams. As PNs link distant brain regions at synapses as well as host cellular gene expression, our construction of a PN type resolution MOp-ul wiring diagram will facilitate an integrated analysis of motor control circuitry across the molecular, cellular, and systems levels. This work further provides a roadmap towards a cellular resolution description of mammalian brain architecture.

Summary The claustrum (CLA) is a conspicuous subcortical structure interconnected with cortical and subcortical regions. However, its regional anatomy and cell-type-specific connections in the mouse remain largely undetermined. Here, we accurately delineated the boundary of the mouse CLA and quantitatively investigated its inputs and outputs brain-wide using anterograde and retrograde viral tracing and fully reconstructed single claustral principal neurons. At a population level, the CLA reciprocally connects with all isocortical modules. It also receives inputs from at least 35 subcortical structures but sends projections back to only a few of them. We found that cell types projecting to the CLA are differentiated by cortical areas and layers. We classified single CLA principal neurons into at least 9 cell types that innervate the diverse sets of functionally linked cortical targets. Axons of interneurons within the CLA arborize along almost its entire anteroposterior extent. Together, this detailed wiring diagram of the cell-type-specific connections of the mouse CLA lays a foundation for studying its functions.

ABSTRACT Bananas ( Musa spp.) are one of the most important tropical fruits and staple food, which are of great significance to human societies. Plantain and Silk are two important banana subgroups, which are both triploid hybrids (AAB) between the wild diploid Musa acuminata and M. balbisiana . In this study, we reported the first haplotype-resolved genome assembly of Plantain and Silk bananas with genome size of approximately 1.4 Gb. We discovered widespread asymmetric evolution in the subgenomes of Plantain and Silk, which could be linked to frequent homologous exchanges (HEs) events. This is the first study to uncover the genetic makeup of triploid banana and verify that subgenome B harbors a rich source of resistance genes. Of the 88,078 and 94,988 annotated genes in Plantain and Silk, only 58.5% and 59.4% were present in all three subgenomes, with >50% genes containing differently expressed alleles in different haplotypes. We also found that Plantain is more resistant to banana Fusarium wilt, exhibiting a much faster defense response after pathogenic fungi infection. Many differentially expressed genes in abscisic acid, ethylene, jasmonic acid and salicylic acid pathways were identified in Plantain. Our analysis revealed that MpMYB36 promotes the biosynthesis of secondary cell wall and deposition of lignin by directly binding to the promoter of MpPAL and MpHCT, which allows Plantain to inhibit the penetration of early infection. Moreover, the insertion of the key carotenoid synthesis gene ( CRTISO ) may be the potential genetic basis for the richness of carotenoids in Plantain. Our study provides an unprecedented genomic basis for basic research and the development of elite germplasm in cultivated bananas.

Ever since the seminal findings of Ramon y Cajal, dendritic and axonal morphology has been recognized as a defining feature of neuronal types and their connectivity. Yet our knowledge about the diversity of neuronal morphology, in particular its distant axonal projections, is still extremely limited. To systematically obtain single neuron full morphology on a brain-wide scale in mice, we established a pipeline that encompasses five major components: sparse labeling, whole-brain imaging, reconstruction, registration, and classification. We achieved sparse, robust and consistent fluorescent labeling of a wide range of neuronal types across the mouse brain in an efficient way by combining transgenic or viral Cre delivery with novel transgenic reporter lines, and generated a large set of high-resolution whole-brain fluorescent imaging datasets containing thousands of reconstructable neurons using the fluorescence micro-optical sectioning tomography (fMOST) system. We developed a set of software tools based on the visualization and analysis suite, Vaa3D, for large-volume image data processing and computation-assisted morphological reconstruction. In a proof-of-principle case, we reconstructed full morphologies of 96 neurons from the claustrum and cortex that belong to a single transcriptomically-defined neuronal subclass. We developed a data-driven clustering approach to classify them into multiple morphological and projection types, suggesting that these neurons work in a targeted and coordinated manner to process cortical information. Imaging data and the new computational reconstruction tools are publicly available to enable community-based efforts towards large-scale full morphology reconstruction of neurons throughout the entire mouse brain.