Exosomes are generated within the multivesicular endosomes (MVEs) as intraluminal vesicles (ILVs) and secreted during the fusion of MVEs with the cell membrane. The mechanisms of exosome biogenesis remain poorly explored. Here we identify that RAB31 marks and controls an ESCRT-independent exosome pathway. Active RAB31, phosphorylated by epidermal growth factor receptor (EGFR), engages flotillin proteins in lipid raft microdomains to drive EGFR entry into MVEs to form ILVs, which is independent of the ESCRT (endosomal sorting complex required for transport) machinery. Active RAB31 interacts with the SPFH domain and drives ILV formation via the Flotillin domain of flotillin proteins. Meanwhile, RAB31 recruits GTPase-activating protein TBC1D2B to inactivate RAB7, thereby preventing the fusion of MVEs with lysosomes and enabling the secretion of ILVs as exosomes. These findings establish that RAB31 has dual functions in the biogenesis of exosomes: driving ILVs formation and suppressing MVEs degradation, providing an exquisite framework to better understand exosome biogenesis.

The silkworm Bombyx mori is a domestic insect for silk production and a lepidopteran model. The currently available genomes limit a full understanding of its genetic and phenotypic diversity. Here we assembled long-read genomes of 545 domestic and wild silkworms and constructed a high-resolution pan-genome dataset. We found that the silkworm population harbors extremely variable genomes containing 7,308 new gene families, 4,260 (22%) core gene families, and 3,432,266 non-redundant SVs. We deciphered a series of causal genes and variants associated with domestication, breeding, and ecological adaptation traits, and experimentally validated two of those genes using CRISPR-Cas9 or RNA interference. This unprecedented large-scale genomic resource allows for high-throughput screening of interesting traits for functional genomic research and breeding improvement of silkworms and may serve as a guideline for traits decoding in other species.

Despite evolutionary biology's obsession with natural selection, few studies have evaluated multi-generational series of patterns of selection on a genome-wide scale in natural populations. Here, we report on a nine-year population-genomic survey of the microcrustacean Daphnia pulex. The genome-sequences of > 800 isolates provide insights into patterns of selection that cannot be obtained from long-term molecular-evolution studies, including the pervasiveness of near quasi-neutrality across the genome (mean net selection coefficients near zero, but with significant temporal variance about the mean, and little evidence of positive covariance of selection across time intervals), the preponderance of weak negative selection operating on minor alleles, and a genome-wide distribution of numerous small linkage islands of observable selection influencing levels of nucleotide diversity. These results suggest that fluctuating selection is a major determinant of standing levels of variation in natural populations, challenge the conventional paradigm for interpreting patterns of nucleotide diversity and divergence, and motivate the need for the development of new theoretical expressions for the interpretation of population-genomic data.

The cellular translation process should obey the principle of maximizing efficiency and minimizing resource and energy costs. Here, we validated this principle by focusing on the basic translation components of tRNAs and amino acids. To most efficiently utilize these components, we reasoned that the quantities of the 20 tRNAs and their corresponding amino acids would be consistent in an organism. The two values should match at both the organismal and protein scales. For the former, they co-vary to meet the need to translate more proteins in fast-growing or larger cells. For the latter, they are consistent to different extents for various proteins in an organism to comply with different needs of translation speed. In this work, 310 out of 410 genomes in three domains had significant co-adaptions between the tRNA gene copy number and amino acid composition, and thus validating the principle at the organism scale. Furthermore, fast-growing bacteria co-adapt better than slow-growing ones. Highly expressed proteins and those connected to acute responses have better co-adaption, illustrating the principle at the individual protein scale. Experimentally, manipulating the tRNA gene copy number to optimize co-adaption between enhanced green fluorescent protein (EGFP) and tRNA gene set of Escherichia coli indeed lifted the translation rate (speed). Our results also contribute to revealing a translation rate-associated factor with universal and global effects. From a practical perspective, our findings suggest a strategy to increase the expression of target proteins and have implications for designing chassis cells in the field of synthetic biology field.