Summary paragraph The host-microbiota relationship has evolved to shape mammalian processes, including immunity, metabolism, and development 1–3 . Host phenotypes change in direct response to microbial exposures by the individual. Here we show that the microbiota induces phenotypic change not only in the individual but also in their succeeding generations of progeny. We found that germ-free mice exhibit a robust sebum secretion defect and transcriptional changes in various organs, persisting across multiple generations despite microbial colonization and breeding with conventional mice. Host-microbe interactions could be involved in this process, since T cell-deficient mice, which display defective sebum secretion 4 , also transgenerationally transmit their phenotype to progeny. These phenotypes are inherited by progeny conceived during in vitro fertilization using germ-free sperm and eggs, demonstrating that epigenetic information in the gametes is required for phenotypic transmission. Accordingly, small non-coding RNAs that can regulate embryonic gene expression 5 were strikingly and similarly altered in gametes of germ-free and T cell-deficient mice. Thus, we have uncovered a novel mechanism whereby the microbiota and immune system induce phenotypic changes in successive generations of offspring. This epigenetic form of inheritance could be advantageous for host adaptation to environmental perturbation, where phenotypic diversity can be introduced more rapidly than by genetic mutation.

Despite the numerous sequencing methods available, the diversity in RNA size and chemical modification makes it difficult to capture all RNAs in a cell. We developed a method that combines quasi-random priming with template switching to construct sequencing libraries from RNA molecules of any length and with any type of 3′ modifications, allowing for the sequencing of virtually all RNA species. Our ligation-independent detection of all types of RNA (LIDAR) is a simple, effective tool to identify and quantify all classes of coding and non-coding RNAs. With LIDAR, we comprehensively characterized the transcriptomes of mouse embryonic stem cells, neural progenitor cells, mouse tissues, and sperm. LIDAR detected a much larger variety of tRNA-derived RNAs (tDRs) compared with traditional ligation-dependent sequencing methods and uncovered tDRs with blocked 3′ ends that had previously escaped detection. Therefore, LIDAR can capture all RNAs in a sample and uncover RNA species with potential regulatory functions.

Sperm small RNAs have emerged as important non-genetic contributors to embryogenesis and offspring health. A subset of sperm small RNAs are thought to be acquired during epididymal transit. However, the transfer of RNAs from the somatic epididymis to sperm has been questioned, and the identity of the specific small RNAs transferred remains unclear. Here, we employ Cre/Lox genetics to generate germline- and epididymal-specific Dgcr8 conditional knockout mice to investigate the dynamics of sperm microRNAs and their function in the early embryo. Testicular sperm from germline specific Dgcr8 knockout mice have reduced levels of 98 microRNAs. Enthrallingly, following epididymal transit the abundance of 59% of these microRNAs are restored to control levels. Conversely, sperm from epididymal Dgcr8 knockouts displayed a reduction of > 3.4-fold in 25 miRNAs. This substantial loss of epididymal miRNAs in sperm was accompanied by transcriptomic changes in the embryo which was rescued by microinjection of epididymal miRNAs. These findings ultimately demonstrate the acquisition of miRNAs from the soma by sperm during epididymal transit and their subsequent regulation of post-fertilization embryonic gene expression.

Despite the numerous sequencing methods available, the vast diversity in size and chemical modifications of RNA molecules makes the capture of the full spectrum of cellular RNAs a difficult task. By combining quasi-random hexamer priming with a custom template switching strategy, we developed a method to construct sequencing libraries from RNA molecules of any length and with any type of 3' terminal modification, allowing the sequencing and analysis of virtually all RNA species. Ligation-independent detection of all types of RNA (LIDAR) is a simple, effective tool to comprehensively characterize changes in small non-coding RNAs and mRNAs simultaneously, with performance comparable to separate dedicated methods. With LIDAR, we comprehensively characterized the coding and non-coding transcriptome of mouse embryonic stem cells, neural progenitor cells, and sperm. LIDAR detected a much larger variety of tRNA-derived RNAs (tDRs) compared to traditional ligation-dependent sequencing methods, and uncovered the presence of tDRs with blocked 3' ends that had previously escaped detection. Our findings highlight the potential of LIDAR to systematically detect all RNAs in a sample and uncover new RNA species with potential regulatory functions.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection and resulting coronavirus disease (COVID-19) causes placental dysfunction, which increases the risk of adverse pregnancy outcomes. While abnormal placental pathology resulting from COVID-19 is common, direct infection of the placenta is rare. This suggests that pathophysiology associated with maternal COVID-19, rather than direct placental infection, is responsible for placental dysfunction and alteration of the placental transcriptome. We hypothesized that maternal circulating extracellular vesicles (EVs), altered by COVID-19 during pregnancy, contribute to placental dysfunction. To examine this hypothesis, we characterized maternal circulating EVs from pregnancies complicated by COVID-19 and tested their effects on trophoblast cell physiology

Forecasted increases in the prevalence and severity of extreme weather events accompanying changes in climatic behavior pose potential risk to the reproductive capacity of humans and animals of ecological and agricultural significance. While several studies have revealed that heat stress induced by challenges such as testicular insulation can elicit a marked negative effect on the male reproductive system, and particularly the production of spermatozoa, less is known about the immediate impact on male reproductive function following sub-chronic whole-body exposure to elevated ambient temperature. To address this knowledge gap, we exposed unrestrained male mice to heat stress conditions that emulate a heat wave (daily cycle of 8 h at 35°C followed by 16 h at 25°C) for a period of seven days. Neither the testes or epididymides of heat exposed male mice exhibited evidence of gross histological change, and similarly, spermatozoa of exposed males retained their functionality and ability to support embryonic development. However, the embryos generated from heat exposed spermatozoa experienced pronounced changes in gene expression linked to acceleration of early embryo development, aberrant blastocyst hatching and increased fetal weight. Such changes were causally associated with an altered sperm small non-coding RNA (sncRNA) profile, such that these developmental phenotypes were recapitulated by microinjection of wild-type embryos sired by control spermatozoa with RNAs extracted from heat exposed spermatozoa. Such data highlight that even a relatively modest excursion in ambient temperature can affect male reproductive function and identify the sperm sncRNA profile as a particular point of vulnerability to this imposed environmental stress.

Genetic variants can alter the profile of heritable molecules such as small RNAs in sperm and oocytes, and in this manner ancestral genetic variants can have a significant effect on offspring phenotypes even if they are not themselves inherited. Here we show that wild type female mice descended from ancestors with a mutation in the mammalian germ cell gene