Abstract The spatial and temporal patterns by which starch granules initiate vary greatly between species and organs, but molecular factors that contribute to these diverse patterns are poorly understood. We reveal distinct organ-specific roles of the MYOSIN-RESEMBLING CHLOROPLAST PROTEIN (MRC) in regulating granule initiation in the endosperm and leaves of wheat. We isolated three independent TILLING mutants of tetraploid wheat ( Triticum turgidum cv. Kronos) with premature stop or missense mutations in the A-genome homeolog, which we showed to be the only active homeolog in tetraploid wheat due to a disruption of the B-genome homeolog. Wheat endosperm contains both large A-type granules initiated during early grain development, and small B-type granules that initiate about 10 – 15 days later. The mrc mutants had significantly smaller A-type granules and a higher relative volume of B-type granules in the endosperm than the wild type. Whereas B-type granules initiated 15 - 20 days post anthesis (dpa) in the wild-type, they appeared as early as 10 dpa in the mrc-1 mutant, suggesting a role for MRC in suppressing B-type granule initiation during early grain development. By contrast, MRC promotes granule initiation in leaves: mutants carrying premature stop mutations in MRC had fewer granules per chloroplast than the wild type. These contrasting roles of MRC among wheat organs provide new insight into functional diversification of granule initiation proteins, and suggest that they may facilitate the diverse patterns of granule initiation observed across species and organs.

Abstract Background Complex carbohydrates that escape digestion in the small intestine, are broken down in the large intestine by enzymes encoded by the gut microbiome. This is a symbiotic relationship between particular microbes and the host, resulting in metabolic products that influence host gut health and are exploited by other microbes. However, the role of carbohydrate structure in directing microbiota community composition and the succession of carbohydrate-degrading microbes is not fully understood. Here we take the approach of combining data from long and short read sequencing allowing recovery of large numbers of high quality genomes, from which we can predict carbohydrate degrading functions, and impact of carbohydrate on microbial communities. Results In this study we evaluate species-level compositional variation within a single microbiome in response to six structurally distinct carbohydrates in a controlled model gut using hybrid metagenome assemblies. We identified 509 high-quality metagenome-assembled genomes (MAGs) belonging to ten bacterial classes and 28 bacterial families. We found dynamic variations in the microbiome amongst carbohydrate treatments, and over time. Using these data, the MAGs were characterised as primary (0h to 6h) and secondary degraders (12h to 24h). Annotating the MAG’s with the Carbohydrate Active Enzyme (CAZyme) database we are able to identify species which are enriched through time and have the potential to actively degrade carbohydrate substrates. Conclusions Recent advances in sequencing technology allowed us to identify significant unexplored diversity amongst starch degrading species in the human gut microbiota including CAZyme profiles and complete MAGs. We have identified changes in microbial community composition in response to structurally distinct carbohydrate substrates, which can be directly related to the CAZyme complement of the enriched MAG’s. Through this approach, we have identified a number of species which have not previously been implicated in starch degradation, but which have the potential to play an important role.

Abstract There is increasing evidence in children suffering from Severe Acute Malnutrition (SAM) that there is disruption of the gut microbiome and low gut microbiota diversity, which may be contributing factors to poor outcomes during nutritional treatment and recovery. The gut microbiome of children with SAM has been demonstrated to have a lower production of beneficial short chain fatty acids, which may contribute to impaired gut barrier function. Recently, several microbiota-directed therapies have been tested in clinical trials in children with SAM. Among them we hypothesized that feeds containing fermentable carbohydrates from various sources (legumes, chicory, milk oligosaccharides) would be fermented to produce beneficial microbial metabolites by the microbiota of children with SAM. In this study we used an in vitro model system inoculated with stool from children with SAM to investigate the fermentability of four substrates; inulin (a chicory-derived fructan), two milk powders (one supplemented with a human milk oligosaccharide) and a chickpea enriched feed. We demonstrated that while the milk powders and chickpea feed were fermented to produce short chain fatty acids, inulin was only fermented to a very limited degree. Through 16S rRNA sequencing we demonstrated that the samples inoculated with inulin had low microbial diversity and linked this to the limited ability to metabolise inulin. Through revealing the fermentability of different complementary feeds, the findings of this study will be of use for the design of future therapeutic feeds for treatment of SAM. Importance Malnutrition is a major contributor to childhood mortality globally and is a major public health problem primarily affecting Lower- and Middle-Income Countries. Despite the development of nutritional recovery therapies, for those with the severe and complicated form of malnutrition (SAM), mortality and relapse rates remain high. Emerging evidence suggests a role for the gut microbiome in these poor outcomes, which is known to be significantly altered in children in SAM, compared to healthy age matched controls. To aid in recovery from SAM, nutritional interventions should be designed to support the gut microbiome, using a range of ingredients targeted for colonic fermentation. It is important to understand the fermentation capacity of the gut microbiome of children with SAM, to design future nutritional interventions. In this work, we demonstrate that inulin, a widely used chicory-derived prebiotic, is not a suitable fermentation substrate for the gut microbiome of SAM children, while legume-based formulations and milk oligosaccharides result in increased production of beneficial metabolites.