Abstract Rhizoctonia cerealis ( Rce ), which causes sharp eyespot, is one of the most destructive wheat pathogens. However, the genetic and molecular virulence mechanisms of Rce have not been elucidated. As a dikaryotic organism, the haplotype phasing of this fungus has not been completed so far. We applied a haplotype phasing algorithm to generate a high-quality near telomere-to-telomere nuclear-phased genome sequence of Rce strain R0301. Sixteen pairs of chromosomes were assigned to the A and B genomes with a total size of 83 Mb. Based on a dual-time course RNA-seq, 25308 genes were predicted. Genes for steroid biosynthesis and starch and sucrose metabolism were significantly enriched, together with many genes encoding carbohydrate-active enzymes (CAZymes) and secreted effector proteins, which should be involved in infection of wheat plants. Population genomic analysis of 31 isolates collected in China during the last forty years suggests that this population has not undergone substantial differentiation over time. Importance The finished genome reference is the basis of revealing pathogens’ biology base. Many efforts have been made to produce the chromosome-scale assembly of fungi. However, the reference of many pathogenic fungi is highly fragmented, which prevents the analysis of genome structure variation, evolution and import pathogenicity genes. Here, we assembly the only chromosome-scale haplotype-phased reference of dikaryotic fungus so far. This assembly achieves the gold standard based on many evaluation software, which indicates that the pipeline developed in this study can be applied to assemble references for other dikaryotic organisms. This work can also promote the research on the globe’s destructive wheat pathogens, sharp eyespot, caused by R. cerealis .

Abstract Across domains of biological research using genome sequence data, high-quality reference genome sequences are essential for characterizing genetic variation and understanding the genetic basis of phenotypes. However, the construction of genome assemblies for various species is often hampered by complexities of genome organization, especially repetitive and complex sequences, leading to mis-assembly and missing regions. Here, we describe a high-throughput gold standard genome assembly workflow using a large-scale bacterial artificial chromosome (BAC) library with a refined two-step pooling strategy and the Lamp assembler algorithm. This strategy minimizes the laborious processes of physical map construction and clone-by-clone sequencing, enabling inexpensive sequencing of several thousand BAC clones. By applying this strategy with a minimum tiling path BAC clone library for the short arm of chromosome 2D (2DS) of bread wheat, 98% of BAC sequences, covering 92.7% of the 2DS chromosome, were assembled correctly for this species with a highly complex and repetitive genome. We also identified 48 large mis-assemblies in the reference wheat genome assembly (IWGSC RefSeq v1.0) and corrected these large mis-assemblies in addition to filling 92.2% of the gaps in RefSeq v1.0. Our 2DS assembly represents a new benchmark for the assembly of complex genomes with both high accuracy and efficiency.

Abstract Models of MECP2 dysfunction in Rett syndrome (RTT) assume that transcription rate changes directly correlate with altered steady-state mRNA levels. However, limited evidence suggests that transcription rate changes are buffered by poorly understood compensatory post-transcriptional mechanisms. Here we measure transcription rate and mRNA half-life changes in RTT patient neurons using RATE-seq, and reinterpret nuclear and whole-cell RNAseq from Mecp2 mice. Genes are dysregulated by changing transcription rate only or half-life only and are buffered when both are changed. We utilized classifier models to understand the direction of transcription rate changes based on gene-body DNA sequence, and combined frequencies of three dinucleotides were better predictors than contributions by CA and CG. MicroRNA and RNA-Binding Protein (RBP) motifs were enriched in 3’UTRs of genes with half-life changes. Motifs for nuclear localized RBPs were enriched on buffered genes with increased transcription rate. Our findings identify post-transcriptional mechanisms in humans and mice that alter half-life only or buffer transcription rate changes when a transcriptional modulator gene is mutated in a neurodevelopmental disorder.

The contribution of mRNA half-life is commonly overlooked when examining changes in mRNA abundance during development. mRNA levels of some genes are regulated by transcription rate only, but others may be regulated by mRNA half-life only shifts. Furthermore, transcriptional buffering is predicted when changes in transcription rates have compensating shifts in mRNA half-life resulting in no change to steady-state levels. Likewise, transcriptional boosting should result when changes in transcription rate are accompanied by amplifying half-life shifts. During neurodevelopment there is widespread 3'UTR lengthening that could be shaped by differential shifts in the stability of existing short or long 3'UTR transcript isoforms. We measured transcription rate and mRNA half-life changes during induced human Pluripotent Stem Cell (iPSC)-derived neuronal development using RATE-seq. During transitions to progenitor and neuron stages, transcriptional buffering occurred in up to 50%, and transcriptional boosting in up to 15%, of genes with changed transcription rates. The remaining changes occurred by transcription rate only or mRNA half-life only shifts. Average mRNA half-life decreased two-fold in neurons relative to iPSCs. Short gene isoforms were more destabilized in neurons and thereby increased the average 3'UTR length. Small RNA sequencing captured an increase in microRNA copy number per cell during neurodevelopment. We propose that mRNA destabilization and 3'UTR lengthening are driven in part by an increase in microRNA load in neurons. Our findings identify mRNA stability mechanisms in human neurodevelopment that regulate gene and isoform level abundance and provide a precedent for similar post-transcriptional regulatory events as other tissues develop.

Induced Pluripotent Stem Cells (iPSC) derived from healthy individuals are important controls for disease modeling studies. To create a resource of genetically annotated iPSCs, we reprogrammed footprint-free lines from four volunteers in the Personal Genome Project Canada (PGPC). Multilineage directed differentiation efficiently produced functional cortical neurons, cardiomyocytes and hepatocytes. Pilot users further demonstrated line versatility by generating kidney organoids, T-lymphocytes and sensory neurons. A frameshift knockout was introduced into MYBPC3 and these cardiomyocytes exhibited the expected hypertrophic phenotype. Whole genome sequencing (WGS) based annotation of PGPC lines revealed on average 20 coding variants. Importantly, nearly all annotated PGPC and HipSci lines harboured at least one pre-existing or acquired variant with cardiac, neurological or other disease associations. Overall, PGPC lines were efficiently differentiated by multiple users into cell types found in six tissues for disease modeling, and clinical annotation highlighted variant-preferred lines for use as unaffected controls in specific disease settings.

Abstract Oscillating water column (OWC) ocean wave energy recovery device is a popular technology in current wave energy research, which possesses the advantages of a sturdy structure and low-maintenance requirements. The device recovers energy by unidirectional rotation in the reciprocating airflow generated by an impulse turbine. Its operational performance depends on the flow efficiency of the core component, the air turbine. In this paper, a prototype impulse turbine with blades tip clearance of 1 mm was considered, and the SST k-ω turbulence model is used to calculate the operating performance of the air turbine at different operating points. The calculation result shows that the efficiency of the turbine under the optimal operating conditions is about 51.41%. When the flow coefficient is less than 0.8, the primary focus of energy loss in the rotor occurs at the blade tip. The low flow rate leads to a high inlet angle causing fluid friction. In these small flow conditions, the pressure drop at the leaf top gap is cantered on the inlet, and the speed in the gap flow field is significantly reduced. When the flow coefficient is greater than 1.4, the concentration of energy loss in the rotor primarily occurs within the flow channel, where the high-velocity air causing a local high-speed zone.

ABSTRACT Rett syndrome (RTT) is a severe neurodevelopmental disorder primarily caused by heterozygous loss-of-function mutations in the X-linked gene MECP2 that is a global transcriptional regulator. Mutations in the methyl-CpG binding domain (MBD) of MECP2 disrupt its interaction with methylated DNA. Here, we investigate the effect of MECP2 L124W missense mutation in the MBD of an atypical RTT patient in comparison to severe MECP2 null mutations. L124W protein had a limited ability to disrupt heterochromatic chromocenters due to decreased binding dynamics. We isolated two pairs of isogenic WT and L124W induced pluripotent stem cells. L124W induced excitatory neurons expressed stable protein, exhibited increased input resistance and decreased voltage-gated Na + and K + currents, and their neuronal dysmorphology was limited to decreased dendritic complexity. Three isogenic pairs of MECP2 null neurons had the expected more extreme morphological and electrophysiological phenotypes. We examined development and maturation of L124W and MECP2 null excitatory neural network activity using micro-electrode arrays. Relative to isogenic controls, L124W neurons had an increase in synchronous network burst frequency, in contrast to MECP2 null neurons that suffered a significant decrease in synchronous network burst frequency and a transient extension of network burst duration. We capture these findings in a computational neural network model that shows the observed changes in network dynamics are best explained by changes in intrinsic adaptation currents in individual neurons. Our multilevel results demonstrate that RTT excitatory neurons show a wide spectrum of morphological, electrophysiological and circuitry phenotypes that are dependent on the severity of the MECP2 mutation.