The gut microbiome has been the center of attention for human commensal microbiome studies. The vaginal microbiome is also densely populated with bacteria, viruses and fungi, and the presence of microorganisms beyond the cervix is increasingly reported in non-infectious conditions 1–3 . Due to the over 90% of human sequences in female reproductive tract samples 3,4 , metagenomic information has been very limited. 16S rRNA gene amplicon sequencing studies have identified community types in the vaginal microbiota, and observed its dynamic changes due to menstrual cycles and sexual behaviors in small cohorts 5,6 . Here we perform metagenomic shotgun sequencing on cervical samples from 516 women of reproductive age (more than 10-fold of the Human Microbiome Project (HMP) 4 ), and dissect major factors, especially pregnancy and delivery histories and contraception methods on the microbiome composition. Features of other body sites, such as mood fluctuations and facial speckles could potentially be deduced from the vagino-cervical microbiome. Our results offer an unprecedented glimpse into the microbiota in the female reproductive tract and imply disease susceptibilities that may be relieved by behavioural changes.

Abstract Trillions of marine bacterial, archaeal and viral species contribute to the majority diversity of life on Earth. In the current study, we have done a comprehensive review of all the published studies of marine microbiome by re-analyzing most of the available high throughput sequencing data. We collected 17.59 Tb sequencing data from 8,165 metagenomic and prokaryotic samples, and systematically evaluated the genome characters, including genome size, GC content, phylogeny, and the functional and ecological roles of several typical phyla. A genome catalogue of 9,070 high quality genomes and a gene catalogue including 156,209,709 genes were constructed, representing the most integrate marine prokaryotic datasets till now. The genome size of Alphaproteobacteria and Actinobacteria was significant correlated to their GC content. A total of 44,322 biosynthetic gene clusters distributed in 53 types were detected from the reconstructed marine prokaryotic genome catalogue. Phylogenetic annotation of the 8,380 bacterial and 690 archaeal species revealed that most of the known bacterial phyla (99/111), including 62 classes and 181 orders, and four extra unclassified genomes from two candidate novel phyla were detected. In addition, taxonomically unclassified species represented a substantial fraction of 64.56% and 80.29% of the phylogenetic diversity of Bacteria and Archaea respectively. The genomic and ecological features of three groups of Cyanobacteria, luminous bacteria and methane-metabolizing archaea, including inhabitant preference, geolocation distribution and others were through discussed. Our database provides a comprehensive resource for marine microbiome, which would be a valuable reference for studies of marine life origination and evolution, ecology monitor and protection, bioactive compound development.

Abstract Asparagus bean ( Vigna . unguiculata ssp. sesquipedialis ), known for its very long and tender green pods, is an important vegetable crop broadly grown in the developing countries. Despite its agricultural and economic values, asparagus bean does not have a high-quality genome assembly for breeding novel agronomic traits. In this study, we reported a high-quality 632.8 Mb assembly of asparagus bean based on the whole genome shotgun sequencing strategy. We also generated a high-density linkage map for asparagus bean, which helped anchor 94.42% of the scaffolds into 11 pseudo-chromosomes. A total of 42,609 protein-coding genes and 3,579 non-protein-coding genes were predicted from the assembly. Taken together, these genomic resources of asparagus bean will facilitate the investigation of economically valuable traits in a variety of legume species, so that the cultivation of these plants would help combat the protein and energy malnutrition in the developing world.

Motivation T and B cell receptors (TCRs and BCRs) play a pivotal role in the adaptive immune system by recognizing an enormous variety of external and internal antigens. Understanding these receptors is critical for exploring the process of immunoreaction and exploiting potential applications in immunotherapy and antibody drug design. Although a large number of samples have had their TCR and BCR repertoires sequenced using high-throughput sequencing in recent years, very few databases have been constructed to store these kinds of data. To resolve this issue, we developed a database.Results We developed a database, the Pan Immune Repertoire Database (PIRD), located in China National GeneBank (CNGBdb), to collect and store annotated TCR and BCR sequencing data, including from Homo sapiens and other species. In addition to data storage, PIRD also provides functions of data visualisation and interactive online analysis. Additionally, a manually curated database of TCRs and BCRs targeting known antigens (TBAdb) was also deposited in PIRD.Availability and Implementation PIRD can be freely accessed at .

The Rhesus macaque is a valuable preclinical animal model to estimate vaccine effectiveness, and is also important for understanding antibody maturation and B-cell repertoire evolution responding to vaccination; however, incomplete mapping of rhesus immunoglobulin germline genes hinders the research efforts. To address this deficiency, we sequenced B-cell receptor (BCR) repertoires of 75 India Rhesus macaques. Using a bioinformatic method that has been validated with BCR repertoire analysis of three human donors, we were able to infer rhesus Variable (V) and Joint(J) germline alleles, identifying a total of 122 V and 20 J germline alleles. Importantly, 91 V and 13 J alleles were novel, and 40 V and 13 J genes were found at a novel genome region that has not been previously recorded. The novelty of these newly identified alleles was supported by two observations. Firstly, 50 V and 5 J novel alleles were observed in whole genome sequencing data of 10 Rhesus macaques. Secondly, using alignment reference including the novel alleles, the mutation rate of rearranged repertoires was significant declined in 9 other irrelevant samples, and all our identified novel V and J alleles were 100% identity mapped by rearranged repertoire data. These newly identified novel alleles, along with previous reported alleles, provide an important reference for future investigations of rhesus immune repertoire evolution, in response to vaccination or infection. In addition, the method outlined in our study offered an example to future efforts in identifying novel immunoglobulin alleles.

Immunoglobulin A Nephropathy (IgAN) is the most common glomerulonephritis worldwide. In IgAN, immune complex deposite in glomerular mesangium, which induce inflammation and affect the kidney's normal functions. However, the exact pathogenesis of IgAN is still incompletely understood. Further, in current practice the clinical diagnosis relies on needle biopsy on renal tissue. Therefore, a non-invasive method for clinical diagnosis and prognosis surveillance of the disease is in high demand. In this paper, we investigated both the T cell receptor bata chain (TCRB) and immunoglobulin heavy chain (IGH) repertoire of kidney infiltrating and circulating lymphocytes of IgAN patients by immune repertoire high throughput sequencing. We found that the features of TCRB and IGH in the renal tissues were remarkably different from that in blood, including a decreased repertoire diversity and increased IgA and IgG frequency, and more activated B cells. The CDR3 length of PBMC TCRB and IGH in patients is significantly shorter than that in healthy controls, which is the result of both VDJ rearrangement and clone selection. We also found that the IgA1 frequency in the PBMC of IgAN is significant higher than that in other Nephropathy (NIgAN) and healthy control, which is consistent with the previous reports on the level of IgA1 producing B cells and serum IgA1. Significantly, we identified a set of IgAN disease related TCRB and IGH CDR3s, which can be used to distinguish IgAN from NIgAN and healthy controls from the blood with high accuracy. These results indicated that TCRB and IGH repertoire can potentially serve as non-invasive biomarkers for IgAN diagnosis. The characteristics of kidney infiltrating and circulating lymphocytes repertoire shed light on IgAN detection, treatment and surveillance.

In this article, we have designed a sensitive and recycled DNB (DNA nanoball) nanoarrays sequencing complex structures based on BGISEQ-500RS sequencer for the monitoring performance of Exo III activity. In the shortage of Exo III, the effective number ratio of DNB would be captured by an optical system due to one fluorescent. In contrast, in the presence of Exo III, some DNB would disappear or discard from the fields of the optical system by fluorescence extinction and uncleaned fluorescent, respectively. As a result, the effective number of DNB of this strategy was relative to the concentration of Exo III. For Exo III, our strategy showed a highly sensitive linear response in the low detection range of 0.01 U/mL to 0.5 U/mL, with detection limits below 0.01 U/mL. With the comparison between DNB nanoarrays and other fluorescent sensors, this study possessed superior sensitivity, selectivity, and reusability, accompanying with the low cost and simple setup.

The fall armyworm (FAW), Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) is a severely destructive pest native to the Americas, but has now become an alien invasive pest in China, and causes significant economic loss. Therefore, in order to make effective management strategies, it is highly essential to understand genomic architecture and its genetic background. In this study, we assembled two chromosome scale genomes of the fall armyworm, representing one male and one female individual procured from Yunnan province of China. The genome sizes were identified as 542.42 Mb with N50 of 14.16 Mb, and 530.77 Mb with N50 of 14.89 Mb for the male and female FAW, respectively. We predicted about 22,201 genes in the male genome. We found the expansion of cytochrome P450 and glutathione s-transferase gene families, which are functionally related to the intensified detoxification and pesticides tolerance. Further population analyses of corn strain (C strain) and rice strain (R strain) revealed that the Chinese fall armyworm was most likely invaded from Africa. These strain information, genome features and possible invasion source described in this study will be extremely important for making effective strategies to manage the fall armyworms.

Abstract Cell free extrachromosomal circular DNA (eccDNA) is evolving as a potential biomarker in liquid biopsies for disease diagnosis. In this study, an optimized next generation sequencing-based Circle-Seq method was developed to investigate urinary cell free eccDNA (ucf-eccDNA) from 28 adult healthy volunteers (mean age = 28, 19 males/ 9 females). The genomic distributions and sequence compositions of ucf-eccDNAs were comprehensively characterized. Approximately 1.2 million unique ucf-eccDNAs are identified, covering 14.9% of the human genome. Comprehensive characterization of ucf-eccDNAs show that ucf-eccDNAs contain higher GC content than flanking genomic regions. Most eccDNAs are less than 1000 bp and present four pronounced peaks at 203, 361, 550 and 728 bp, indicating the association between eccDNAs and the numbers of intact nucleosomes. Analysis of genomic distribution of ucf-eccDNAs show that eccDNAs are found in all chromosomes but enriched in chromosomes i.e. chr.17, 19 and 20 with high density of protein-codding genes, CpG islands, SINE and simple repeat elements. Lastly, analysis of sequence motif signatures at eccDNA junction sites reveal that direct repeats (DRs) are commonly found, indicating a potential role of DRs in eccDNA biogenesis. This work underscores the deep sequencing analysis of ucf-eccDNAs and provides a valuable reference resource for exploring potential applications of ucf-eccDNA as diagnostic biomarkers of urogenital disorders in the future. Significance Statement Extrachromosomal circular DNA (eccDNA) is an important genetic element and a biomarker for disease diagnosis and treatment. In this study, we conduct a comprehensive characterization of urinary cell free eccDNA (ucf-eccDNA) in 28 heathy subjects. Over one million ucf-eccDNAs are identified. Ucf-eccDNAs are characterized as high GC content. The size of most ucf-eccDNAs is less than 1000 bp and enriched in four peaks resembling the size of single, double, triple, and quadruple nucleosomes. The genomic distribution of ucf-eccDNAs is enriched in generic regions, protein-coding genes, Alu, CpG islands, SINE and simple repeats. Sequence motif analysis of ucf-eccDNA junctions identified simple direct repeats (DRs) commonly presented in most eccDNAs, suggesting potential roles of DRs in eccDNA biogenesis.

The tumor microenvironment is composed of numerous cell types, including tumor, immune and stromal cells. Cancer cells interact with the tumor microenvironment to suppress anticancer immunity. In this study, we molecularly dissected the tumor microenvironment of breast cancer by single-cell RNA-seq. We profiled the breast cancer tumor microenvironment by analyzing the single-cell transcriptomes of 52,163 cells from the tumor tissues of 15 breast cancer patients. The tumor cells and immune cells from individual patients were analyzed simultaneously at the single-cell level. This study explores the diversity of the cell types in the tumor microenvironment and provides information on the mechanisms of escape from clearance by immune cells in breast cancer.