We report a draft sequence for the genome of the domesticated silkworm (Bombyx mori), covering 90.9% of all known silkworm genes. Our estimated gene count is 18,510, which exceeds the 13,379 genes reported for Drosophila melanogaster. Comparative analyses to fruitfly, mosquito, spider, and butterfly reveal both similarities and differences in gene content.

We report improved whole-genome shotgun sequences for the genomes of indica and japonica rice, both with multimegabase contiguity, or almost 1,000-fold improvement over the drafts of 2002. Tested against a nonredundant collection of 19,079 full-length cDNAs, 97.7% of the genes are aligned, without fragmentation, to the mapped super-scaffolds of one or the other genome. We introduce a gene identification procedure for plants that does not rely on similarity to known genes to remove erroneous predictions resulting from transposable elements. Using the available EST data to adjust for residual errors in the predictions, the estimated gene count is at least 38,000–40,000. Only 2%–3% of the genes are unique to any one subspecies, comparable to the amount of sequence that might still be missing. Despite this lack of variation in gene content, there is enormous variation in the intergenic regions. At least a quarter of the two sequences could not be aligned, and where they could be aligned, single nucleotide polymorphism (SNP) rates varied from as little as 3.0 SNP/kb in the coding regions to 27.6 SNP/kb in the transposable elements. A more inclusive new approach for analyzing duplication history is introduced here. It reveals an ancient whole-genome duplication, a recent segmental duplication on Chromosomes 11 and 12, and massive ongoing individual gene duplications. We find 18 distinct pairs of duplicated segments that cover 65.7% of the genome; 17 of these pairs date back to a common time before the divergence of the grasses. More important, ongoing individual gene duplications provide a never-ending source of raw material for gene genesis and are major contributors to the differences between members of the grass family.

We describe a genetic variation map for the chicken genome containing 2.8 million single-nucleotide polymorphisms (SNPs). This map is based on a comparison of the sequences of three domestic chicken breeds (a broiler, a layer and a Chinese silkie) with that of their wild ancestor, red jungle fowl. Subsequent experiments indicate that at least 90% of the variant sites are true SNPs, and at least 70% are common SNPs that segregate in many domestic breeds. Mean nucleotide diversity is about five SNPs per kilobase for almost every possible comparison between red jungle fowl and domestic lines, between two different domestic lines, and within domestic lines—in contrast to the notion that domestic animals are highly inbred relative to their wild ancestors. In fact, most of the SNPs originated before domestication, and there is little evidence of selective sweeps for adaptive alleles on length scales greater than 100 kilobases.

Species in the ascomycete fungal genus Cordyceps have been proposed to be the teleomorphs of Metarhizium species. The latter have been widely used as insect biocontrol agents. Cordyceps species are highly prized for use in traditional Chinese medicines, but the genes responsible for biosynthesis of bioactive components, insect pathogenicity and the control of sexuality and fruiting have not been determined. Here, we report the genome sequence of the type species Cordyceps militaris. Phylogenomic analysis suggests that different species in the Cordyceps/Metarhizium genera have evolved into insect pathogens independently of each other, and that their similar large secretomes and gene family expansions are due to convergent evolution. However, relative to other fungi, including Metarhizium spp., many protein families are reduced in C. militaris, which suggests a more restricted ecology. Consistent with its long track record of safe usage as a medicine, the Cordyceps genome does not contain genes for known human mycotoxins. We establish that C. militaris is sexually heterothallic but, very unusually, fruiting can occur without an opposite mating-type partner. Transcriptional profiling indicates that fruiting involves induction of the Zn2Cys6-type transcription factors and MAPK pathway; unlike other fungi, however, the PKA pathway is not activated. The data offer a better understanding of Cordyceps biology and will facilitate the exploitation of medicinal compounds produced by the fungus.

The Taming of the Silkworm Silkworms, Bombyx mori , represent one of the few domesticated insects, having been domesticated over 10,000 years ago. Xia et al. (p. 433 , published online 27 August) sequenced 29 domestic and 11 wild silkworm lines and identified genes that were most likely to be selected during domestication. These genes represent those that enhance silk production, reproduction, and growth. Furthermore, silkworms were probably only domesticated once from a large progenitor population, rather than on multiple occasions, as has been observed for other domesticated animals.

Although allelic diversity of genes has been reported to play important roles in different physiological processes, information on allelic diversity of defense-responsive genes in host-pathogen interactions is limited. Here, we report that a pair of allelic genes, OsWRKY45-1 and OsWRKY45-2, which encode proteins with a 10-amino acid difference, play opposite roles in rice (Oryza sativa) resistance against bacterial pathogens. Bacterial blight caused by Xanthomonas oryzae pv oryzae (Xoo), bacterial streak caused by Xanthomonas oryzae pv oryzicola (Xoc), and fungal blast caused by Magnaporthe grisea are devastating diseases of rice worldwide. OsWRKY45-1-overexpressing plants showed increased susceptibility and OsWRKY45-1-knockout plants showed enhanced resistance to Xoo and Xoc. In contrast, OsWRKY45-2-overexpressing plants showed enhanced resistance and OsWRKY45-2-suppressing plants showed increased susceptibility to Xoo and Xoc. Interestingly, both OsWRKY45-1- and OsWRKY45-2-overexpressing plants showed enhanced resistance to M. grisea. OsWRKY45-1-regulated Xoo resistance was accompanied by increased accumulation of salicylic acid and jasmonic acid and induced expression of a subset of defense-responsive genes, while OsWRKY45-2-regulated Xoo resistance was accompanied by increased accumulation of jasmonic acid but not salicylic acid and induced expression of another subset of defense-responsive genes. These results suggest that both OsWRKY45-1 and OsWRKY45-2 are positive regulators in rice resistance against M. grisea, but the former is a negative regulator and the latter is a positive regulator in rice resistance against Xoo and Xoc. The opposite roles of the two allelic genes in rice-Xoo interaction appear to be due to their mediation of different defense signaling pathways.

Artemisia annua, commonly known as sweet wormwood or Qinghao, is a shrub native to China and has long been used for medicinal purposes. A. annua is now cultivated globally as the only natural source of a potent anti-malarial compound, artemisinin. Here, we report a high-quality draft assembly of the 1.74-gigabase genome of A. annua, which is highly heterozygous, rich in repetitive sequences, and contains 63 226 protein-coding genes, one of the largest numbers among the sequenced plant species. We found that, as one of a few sequenced genomes in the Asteraceae, the A. annua genome contains a large number of genes specific to this large angiosperm clade. Notably, the expansion and functional diversification of genes encoding enzymes involved in terpene biosynthesis are consistent with the evolution of the artemisinin biosynthetic pathway. We further revealed by transcriptome profiling that A. annua has evolved the sophisticated transcriptional regulatory networks underlying artemisinin biosynthesis. Based on comprehensive genomic and transcriptomic analyses we generated transgenic A. annua lines producing high levels of artemisinin, which are now ready for large-scale production and thereby will help meet the challenge of increasing global demand of artemisinin.

Genetic screens based on CRISPR/Cas technology are a powerful tool for understanding cellular phenotypes. However, the coverage and replicate requirements result in large experiment sizes, which are limiting when samples are scarce, or the protocols are expensive and laborious. Here, we present an approach to reduce the scale of genome-wide perturbation screens up to fivefold without sacrificing performance. To do so, we deliver two randomly paired gRNAs into each cell, and rely on recent advances in gRNA design, as well as availability of gRNA effect measurements, to reduce the number of gRNAs per gene. We designed a human genome-wide library that has effective size of 30,000 constructs, yet targets each gene with three gRNAs. Our minimized double guide RNA library gives similar results to a standard single gRNA one, but using substantially fewer cells. We demonstrate that genome-wide screens can be optimized in a demanding model of induced pluripotent stem cells, reducing reagent cost 70% per replicate compared to conventional approach, while retaining high performance. The screen design and the reduction in scale it provides will enable functional genomics experiments across many possible combinations of environments and genetic backgrounds, as well as in hard to obtain and culture primary cells.

Introduction The ratio of lysine (Lys) to methionine (Met) with 3.0: 1 is confirmed as the “ideal” profile for milk protein synthesis, but whether this ratio is suitable for milk protein synthesis under HS needs to be further studied. Methods To evaluate the molecular mechanism by which HS and Lys to Met ratios affect mammary cell functional capacity, an immortalized bovine mammary epithelial cell line (MAC-T) is incubated with 5 doses of Met while maintaining a constant concentration of Lys. The MAC-T cells was treated for 6 h as follow: Lys: Met 3.0: 1 (control 37°C and IPAA 42°C) or treatments under HS (42°C) with different ratios of Lys: Met at 2.0: 1 (LM20), 2.5: 1 (LM25), 3.5: 1 (LM35) and 4.0: 1 (LM40). RNA sequencing was used to assess transcriptome-wide alterations in mRNA abundance. Results The significant difference between control and other groups was observed base on PCA analysis. A total of 2048 differentially expressed genes (DEGs) were identified in the IPAA group relative to the control group. Similarly, 226, 306, 148, 157 DEGs were detected in the LM20, LM25, LM35 and LM40 groups, respectively, relative to the IPAA group. The relative mRNA abundance of HSPA1A was upregulated and anti-apoptotic genes ( BCL2L1 and BCL2 ) was down-regulated in the IPAA group, compared to the control group ( p < 0.05). Compared with the IPAA group, the relative mRNA abundance of anti-apoptotic genes and casein genes ( CSN1S2 and CSN2 ) was up-regulated in the LM25 group ( p < 0.05). The DEGs between LM25 and IPAA groups were associated with the negative regulation of transcription RNA polymerase II promoter in response to stress (GO: 0051085, DEGs of BAG3 , DNAJB1 , HSPA1A ) as well as the mTOR signaling pathway (ko04150, DEGs of ATP6V1C2 , WNT11 , WNT3A , and WNT9A ). Several DEGs involved in amino acids metabolism ( AFMID , HYKK , NOS3 , RIMKLB ) and glycolysis/gluconeogenesis ( AFMID and MGAT5B ) were up-regulated while DEGs involved in lipolysis and beta-oxidation catabolic processes ( ALOX12 and ALOX12B ) were down-regulated. Conclusion These results suggested that increasing Met supply (Lys: Met at 2.5: 1) may help mammary gland cells resist HS-induced cell damage, while possibly maintaining lactation capacity through regulation of gene expression.