Abstract The rapid wide-scale spread of fall armyworm ( Spodoptera frugiperda ) has caused serious crop losses globally. However, differences in the genetic background of subpopulations and the mechanisms of rapid adaptation behind the invasion are still not well understood. Here we report a 393.25-M chromosome-level genome assembly of fall armyworm with scaffold N50 of 13.3 M consisting of 23281 annotated protein-coding genes. Genome-wide resequencing of 105 samples from 16 provinces in China revealed that the fall armyworm population comprises a complex inter-strain hybrid, mainly with the corn-strain genetic background and less of the rice-strain genetic background, which highlights the inaccuracy of strain identification using mitochondrial or Tpi genes. An analysis of genes related to pesticide- and Bt-resistance showed that the risk of fall armyworm developing resistance to conventional pesticides is very high, while remaining currently susceptible to Bt toxins. Laboratory bioassay results showed that insects invading China carry resistance to organophosphate and pyrethroid pesticides, but are sensitive to genetically modified maize expressing Cry1Ab in field experiments. Additionally, we found that two mitochondrial fragments are inserted into the nuclear genome, and the insertion event occurred after the differentiation of the two strains. This study represents a valuable advancement toward the analysis of genetic differences among subpopulations and improving management strategies for fall armyworm.

Abstract Constructing high-quality haplotype-resolved genome assemblies has substantially improved the ability to detect and characterize genetic variants. A targeted approach providing readily access to the rich information from haplotype-resolved genome assemblies will be appealing to groups of basic researchers and medical scientists focused on specific genomic regions. Here, using the 4.5 megabase, notoriously difficult-to-assemble major histocompatibility complex (MHC) region as an example, we demonstrated an approach to construct haplotype-resolved de novo assemblies of targeted genomic regions with the CRISPR-based enrichment. Compared to the results from haplotype-resolved genome assemblies, our targeted approach achieved comparable completeness and accuracy with greatly reduced computing complexity, sequencing cost, as well as the amount of starting materials. Moreover, using the targeted assembled personal haplotypes as the reference both improves the quantification accuracy for sequencing data and enables allele-specific functional genomics analyses. Given its highly efficient use of resources, our approach can greatly facilitate population genetic studies of targeted regions, and may pave a new way to elucidate the molecular mechanisms in disease etiology.

Abstract Background In insects, airborne chemical signals are mainly detected by two receptor families, odorant receptors (ORs) and ionotropic receptors (IRs). Functions of ORs have been intensively investigated in Diptera and Lepidoptera, while the functions and evolution of the more ancient IR family remain largely unexplored beyond Diptera. Results Here, we identified a repertoire of 26 IRs from transcriptomes of female and male antennae, and ovipositors in the moth Agrotis segetum . We observed that a large clade formed by IR75p and IR75q expansions is closely related to the acid-sensing IRs identified in Diptera. We functionally assayed each of the five AsegIRs from this clade using Xenopus oocytes and found that two receptors responded to the tested ligands. AsegIR75p.1 responded to several compounds but hexanoic acid was revealed to be the primary ligand, and AsegIR75q.1 responded primarily to octanoic acid, and less so to nonanoic acid. It has been reported that the C 6 -C 10 medium-chain fatty acids repel various insects including many drosophilids and mosquitos. Our GC-EAD recordings showed that C 6 -C 10 medium-chain fatty acids elicited antennal responses of both sexes of A. segetum , while only octanoic acid had repellent effect to the moths in a behavioural assay. In addition, using fluorescence in situ hybridization, we demonstrated that the five IRs and their co-receptor AsegIR8a are not located in coeloconic sensilla as found in Drosophila , but in basiconic or trichoid sensilla. Conclusions Our results significantly expand the current knowledge of the insect IR family. Based on the functional data in combination with phylogenetic analysis, we propose that subfunctionalization after gene duplication plays an important role in the evolution of ligand specificities of the acid-sensing IRs in Lepidoptera.

Abstract Insects rely on their highly efficient and precise olfactory systems to find suitable mates, host plants and oviposition sites, and adapt to the changing environment. The odorant receptors (ORs) including pheromone receptors (PRs) play a vital role in this process. While extensive studies have been focusing on deorphanization of lepidopteran PR genes, the information on the ligand profiles of general ORs is still sparse. In the present study, we identified a repertoire of 61 ORs including the co-receptor Orco from antennal and ovipositor transcriptomes of the turnip moth Agrotis segetum , which clustered in all the major lepidopteran OR clades. We characterized the function of eight female-biased expressed ORs in Xenopus oocytes and found three ORs differentially tuned to plant volatile compounds that might be repulsive or attractive to the moths. AsegOR13 was broadly tuned to a number of herbivore-induced plant volatiles (HIPVs) while AsegOR20 was specific to citral; AsegOR17 was narrowly tuned to the alcohols, isoamyl alcohol, pentanol and benzyl alcohol, that are potentially attractive to moths. The orthologues of the three ORs in other moth species seem to share the conserved function. Our results support the hypothesis that insects recognize their host plants mostly by detecting the mixture of ubiquitous compounds, instead of taxonomically characteristic host compounds. The combination of narrowly and broadly tuned ORs will ensure both the accuracy of the most important odor signals and the plasticity of the olfactory system to the changes in the environment.

Abstract Motivation As an important part of metabolomics analysis, untargeted metabolomics has become a powerful tool in the study of tumor mechanisms and the discovery of metabolic markers with high-throughput spectrometric data which also brings great challenges to data analysis from the extraction of raw data to the identification of differential metabolites. To date, a large number of analytical tools and processes have been developed and constructed to serve untargeted metabolomics research. The different selection of analytical tools and parameter settings lead to varied results of untargeted metabolomics data. Our goal is to establish an easily operated platform and obtain a repeatable analysis result. Results We used the R language basic environment to construct the preprocessing system of the original data and the LAMP (Linux + Apache + MySQL + PHP) architecture to build a cloud mass spectrum data analysis system. An open-source analysis software for untargeted metabolomics data (openNAU) was constructed. It includes the extraction of raw mass data and quality control for the identification of differential metabolic ion peaks. A reference metabolomics database based on public databases was also constructed. Finally, a complete analysis system platform for untargeted metabolomics was established. This platform provides a complete template interface for the addition and updating of the analysis process, so we can finish complex analyses of untargeted metabolomics with simple human-computer interactions. Availability and Implementation The source code can be downloaded from https://github.com/zjuRong/openNAU . Contact sunqingrong@zju.edu.cn

Abstract The behavior of the marine snail Neptunea cumingii cultured at different temperatures (0, 4, 8, 12, 16 (control), 20, 24, and 28°C) and the histology, immune enzyme activity, and transcriptome of its gills and kidneys were studied using ecological and molecular methods. At 0°C, most of the snails shrank in size and did not eat during the first 6 h. At 28°C, snails also did not eat, death began to occur at 24 h. when the temperature was 8 °C and 12 °C, there was no significant difference in the mean feed intake of N. cumingii (P>0.05). And it was higher than the average conch intake under other temperature conditions. However, the histology of the gills and kidneys differed among test temperatures. At 0°C, the morphology of the gill pieces was difficult to judge. At 24°C, edema was present in the small gills, and at 28°C the small gills were severely deformed, the distance between the gill capillaries and the surrounding area was enlarged, and the gill tissue was severely damaged. Temperature increase or decrease from 16°C caused the columnar cells of the kidney to become shorter and more numerous. The total antioxidant capacity (T-AOC), catalase (CAT) and superoxide dismutase activities (SOD) of the gill and kidney differed significantly among the temperature conditions (p < 0.05). Transcriptome results showed that temperature change resulted in up-regulation of 2339 genes and down-regulation of 2058 genes in the gills, and in up-regulation of 2300 genes and down-regulation of 2060 genes in the kidneys of N. cumingii . Furthermore, the DEGs were subject to GO and KEGG enrichment analysis, and which showed that most of the DEGs in gill were involved in protein folding, defolding, translation, ribosome, and most of the DEGs in kidney were involved in DNA recombination, nuclear euchromatin, RNA-directed DNA polymerase activity. Finally, the results from this study show that N. cumingii prefers the temperature range was 8 to 16, temperature increase or decrease from that range, many aspects of N. cumingii biology could be significantly affected.

Abstract Insects detect odors using an array of odorant receptors (ORs), which may expand through gene duplication. How specificities evolve and new functions arise in related ORs within a species remain poorly investigated. We addressed this question by functionally characterizing ORs from the Eurasian spruce bark beetle Ips typographus , in which antennal detection and behavioral responses to pheromones, volatiles from host and non-host trees, and fungal symbionts are well described. In contrast, knowledge of OR function is restricted to two receptors detecting the pheromone compounds ( S ) - (–)-ipsenol (ItypOR46) and ( R )-(–)-ipsdienol (ItypOR49). These receptors belong to a species-specific OR-lineage comprising seven ItypORs. To gain insight into the functional evolution of related ORs, we characterized the five remaining ORs in this clade, using Xenopus oocytes. Two receptors responded primarily to the host tree monoterpenes (+)-3-carene (ItypOR25) and p -cymene (ItypOR27). Two receptors responded to oxygenated monoterpenoids produced in relatively large amounts by the beetle-associated fungi, with ItypOR23 specific for (+)- trans -(1 R ,4 S )-4-thujanol, and ItypOR29 responding to (+)-isopinocamphone and similar ketones. ItypOR28 responded to the pheromone E -myrcenol from the competitor Ips duplicatus . Overall, the OR responses match well with those of previously characterized olfactory sensory neuron classes except that neurons detecting E- myrcenol have not been identified. The characterized ORs are under strong purifying selection and demonstrate a shared functional property in that they all primarily respond to monoterpenoids. The variation in functional groups among OR ligands and their diverse ecological origins suggest that neofunctionalization has occurred early in the evolution of this OR-lineage following gene duplication.

Thousands of circular RNAs (circRNAs) have been recently discovered in cumulus cells and oocytes from several species. However, the expression and function of circRNA during porcine oocyte meiotic maturation have been never examined. Here, we separately identified 7,067 and 637 circRNAs in both the cumulus cell and the oocyte via deep sequencing and bioinformatic analysis. Further analysis revealed that a faction of circRNAs is differentially expressed (DE) in a developmental stage-specific manner. The host genes of DE circRNAs are markedly enriched to multiple signaling pathways associated with cumulus cell function and oocyte maturation. Additionally, most DE circRNAs harbor several miRNA targets, suggesting that these DE circRNAs potentially act as miRNA sponge. Importantly, we found that maternal circARMC4 knockdown by siRNA microinjection caused a severely impaired chromosome alignment, and significantly inhibited first polar body extrusion and early embryo development. Taken together, these results demonstrate for the first time that circRNAs are abundantly and dynamically expressed in a developmental stage-specific manner in cumulus cells and oocytes, and maternally expressed circARMC4 is essential for porcine oocyte meiotic maturation and early embryo development.

Influenza A viruses (IAV) initiate infection via binding of the viral hemagglutinin (HA) to sialylated glycan receptors on host cells. HAs receptor specificity towards sialic acid (SA) is well studied and clearly critical for virus infection, but the contribution of the highly complex cellular plasma membrane to the cellular specificity remains elusive. In addition, some studies indicated that other host cell factors such as the epidermal growth factor receptor might contribute to the initial virus-cell contact and further downstream signaling. Here we use two complementary methods, glycan arrays and single-virus force spectroscopy (SVFS) to compare influenza virus receptor specificity with actual host cell binding. Unexpectedly, our study reveals that HAs receptor binding preference does not necessarily reflect virus-cell specificity. We propose SVFS as a tool to elucidate the cell binding preference of IAV thereby including the complex environment of sialylated receptors within the plasma membrane of living cells.

We have investigated copy number variations (CNVs) in relation to cervical cancer by analyzing 731,422 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in 1,034 cervical cancer cases and 3,948 controls, followed by replication in 1,396 cases and 1,057 controls. We found that a 6367bp deletion in intron 1 of the CTD small phosphatase like gene (CTDSPL) was associated with 2.54-fold increased risk of cervical cancer (odds ratio =2.54, 95% confidence interval =2.08-3.12, P=2.0x10-19). This CNV is one of the strongest genetic risk variants identified so far for cervical cancer. The deletion removes the binding sites of zinc finger protein 263, binding protein 2 and interferon regulatory factor 1, and hence downregulates the transcription of CTDSPL. HeLa cells expressing CTDSPL showed a significant decrease in colony-forming ability. Compared with control groups, mice injected with HeLa cells expressing CTDSPL exhibited a significant reduction in tumour volume. Furthermore, CTDSPL-depleted immortalized End1/E6E7 could form tumours in NOD-SCID mice.