Organic crystal-based superimposed heterostructures with inherent multichannel characteristics demonstrate superior potential for manipulating excitons/photons at the micro/nanoscale for integrated optoelectronics. However, the precise construction of organic superimposed heterostructures with fixed superimposed sites remains challenging because of the random molecular nucleation process. Here, organic vertically superimposed heterostructures (OSHs) with fixed superimposed positions are constructed via semi-wrapped core/shell heterostructures with partially exposed cores, which provide preferential nucleation sites for further molecular epitaxial growth processes. Furthermore, the relative length ratio from 21.7% to 95.3% between interlayers is accurately adjusted by regulating the exposed area of the semi-wrapped core/shell heterostructures. Significantly, these OSHs with anisotropic optical characteristics demonstrate well regulation of excitation position-dependent waveguide behaviors and can function as photonic barcodes for information encryption. This strategy provides a facile approach for controlling the nucleation sites for the controllable preparation of organic heterostructures and advanced applications for integrated optoelectronics.

SUMMARY The genome of an organism is inherited from its ancestor and keeps evolving over time, however, how much the current version could be altered remains unknown. Here, we use the left arm of chromosome XII ( chrXIIL ) as an example to probe the genome plasticity in Saccharomyces cerevisiae . A neochromosome was designed to harbor originally dispersed genes. The essentiality of sequences in chrXIIL was dissected by targeted DNA removal, chromosome truncation and random deletion. Notably, 12 genes were sufficient for survival, while 25 genes are required to retain robust fitness. Next, we demonstrated these genes could be reconstructed using synthetic regulatory sequences and recoded open-reading frames with “one-amino-acid-one-codon” strategy. Finally, we built a neochromsome, which could substitute for chrXIIL for cell viability, with these reconstructed genes. Our work not only highlights the high plasticity of yeast genome, but also illustrates the possibility of making functional chromosomes with completely artificial sequences. HIGHLIGHTS A neochromosome was designed to facilitate the assembly of exogenous DNA for stable expression in yeast The left arm of chrXII could be minimized to just 12 genes to maintain viability, but additional genes were required to retain robust fitness Comprehensive recoding and transcriptional refactoring using artificial regulatory sequences produced a functional chromosome arm A completely reconstructed neochromosome could replace the chrXIIL to maintain comparable fitness

Summary In eukaryotic genomes, ribosomal DNA (rDNA) generally resides as a highly repetitive and dynamic structure, making it difficult to study. Here, a synthetic rDNA array on chromosome III in budding yeast was constructed to serve as the sole source of rRNA. Utilizing the loxPsym site within each rDNA repeat and the Cre recombinase, we were able to reduce the copy number to as few as eight copies. Additionally, we constructed strains with two or three rDNA arrays, and found that the presence of multiple arrays did not affect the formation of a single nucleolus. Although alteration on the position and number of rDNA arrays did impact three-dimensional genome structure, the additional rDNA arrays had no deleterious influence on cell growth or transcriptomes. Together, this study sheds light on the high plasticity of rDNA organization and opens up opportunities for future rDNA engineering. Highlights A method was established for efficient construction of synthetic rDNA arrays in budding yeast The rDNA repeats in a haploid yeast can be reduced to as few as eight copies to support cell viability Yeast cells with two or three DNA arrays on distinct chromosomes form a single nucleolus. Dispersed rDNA arrays result in no deleterious influence on cell growth or transcriptomes.

Abstract The model plant Physcomitrium patens ( P. patens ) has played a pivotal role in enhancing our comprehension of plant evolution, growth, and development. However, the current genome harbors numerous intricate regions that remain unfinished and erroneous. To address these issues, we present an exemplary assembly of the P. patens nuclear genome, which incorporates telomeres and centromere regions, thereby establishing it as the telomere-to-telomere (T2T) genome in a non-seed plant. This T2T genome not only dispels the prevailing misconception regarding chromosome number in P. patens but also provides indispensable resources for conducting in-depth studies in moss genomics and biology.

Summary Genomic rearrangements contribute to gene copy number alterations, disruption of protein-coding sequences and/or perturbation of cis-regulatory networks. SCRaMbLE, a Cre/loxP-based system implanted in synthetic yeast chromosomes, can effectively introduce genomic rearrangements, and is thus a potential tool to study genomic rearrangements. However, the potential of SCRaMbLE to study genomic rearrangements is currently hindered, because a strain containing all 16 synthetic chromosomes is not yet available. Here, we constructed a yeast strain, SparLox83, containing 83 loxPsym sites distributed across all 16 chromosomes, with at least two sites per chromosome. Inducing Cre recombinase expression in SparLox83 produced versatile genome-wide genomic rearrangements, including inter-chromosomal events. Moreover, SCRaMbLE of the hetero-diploid strains derived from crossing SparLox83 with strains possessing synthetic chromosome III (synIII) from the Sc2.0 project led to increased diversity of genomic rearrangements and relatively faster evolution of traits compared to a strain with only synIII. Analysis of these evolved strains demonstrates that genomic rearrangements can perturb the transcriptome and 3D genome structure and can consequently impact phenotypes. In summary, a genome with sparsely distributed loxPsym sites can serve as a powerful tool to study the consequence of genomic rearrangements and help accelerate strain engineering in Saccharomyces cerevisiae.

Organic heterostructures (OHs) with multi‐segments exhibit special optoelectronic properties compared with monomeric structures. Nevertheless, the synthesis of multi‐block heterostructures remains challenging due to compatibility issues between segment parts, which restricts their application in optical waveguides and integrated optics. Herein, we demonstrate programmable in‐situ co‐assembly engineering, combining multi‐step spontaneous self‐assembly processes to promote the synthesis of multi‐block heterostructures with a rational arrangement of three or more segments. The rational design of segments enables exciton manipulation and ensures optical waveguides and proper output among the multi‐segment OHs. This work enables the controllable growth of segments within multi‐block OHs, providing a pathway to construct complex OHs for the rational development of future optical applications.