Abstract Background The storage mite Tyrophagus putrescentiae is one of the major mites causing allergies in Chinese and Korean populations, but its allergen profile in incomplete when compared with that of house dust mites. Multiple genome-based methods have been introduced into the allergen study of mites and have enabled a better understanding of these medically important organisms. Objective We sought to reveal a comprehensive allergen profile of Tyrophagus putrescentiae and advance the allergen study of storage mites. Methods Based on a high-quality assembled and annotated genome, an in silico analysis was performed by searching reference sequences to identify allergens. Immunoassay ELISA assessed the allergenicities of recombinant proteins. MALDI-TOF mass spectrometry identified the IgE-binding proteins. Comparative genomics analysis was employed for the important allergen gene families. Results A complete allergen profile of Tyrophagus putrescentiae was revealed, including thirty-seven allergen groups (up to Tyr p 42). Among them, five novel allergens were verified using the sera of allergy patients. Massive allergen homologs were identified as the result of gene duplications in genome evolution. Proteomic identification again revealed a wide range of allergen homologs. In the NPC2 family and GSTs, comparative analysis shed light on the expansion and diversification of the allergen groups. Conclusion Using multi-omic approaches, the comprehensive allergen profile including massive homologs was disclosed in Tyrophagus putrescentiae , which revealed the allergen complexity of the storage mite and could ultimately facilitate the component-resolved diagnosis.

Abstract Amphioxus, as the best living proxy to the chordate ancestor, is considered an irreplaceable model organism for evolutionary studies of chordates and deuterostomes. In this study, a high-quality genome of the Beihai amphioxus, Branchiostoma belcheri beihai, was de novo assembled and annotated. Within four amphioxus genomes, a wide range of gene novelties were identified, revealing new genes that share unexpectedly high similarities with those from non-metazoan species. These gene innovation events have played roles in a range of amphioxus adaptations, including innate immunity responses, adaptation to anaerobic environments, and regulation of calcium balance. The gene novelties related to innate immunity, such as a group of lipoxygenases and a DEAD-box helicase, boosted amphioxus immune responses. The novel genes for alcohol dehydrogenase and ferredoxin could aid in the anaerobic tolerance of amphioxus. A proximally arrayed cluster of EF-hand calcium-binding protein genes were identified to resemble those of bacteria. The copy number of this gene cluster was linearly correlated to the sea salinity of the collection region, suggesting that it may enhance their survival at different calcium concentrations. Collectively, this comprehensive study on gene novelties of amphioxus reveals insights into the early genome evolution of chordates and deuterostomes and provides valuable resources for future research.

Coronaviruses display versatile receptor usage, yet in-depth characterization of coronaviruses lacking known receptor identities has been impeded by the absence of feasible infection models. Here, we developed an innovative strategy to engineer functional customized viral receptors (CVRs). The modular design relies on building receptor frameworks comprising various function modules and generating specific epitope-targeting viral binding domains. We showed the key factors for CVRs to efficiently facilitate spike cleavage, membrane fusion, pseudovirus entry, and authentic virus amplification for various coronaviruses, resembling their native receptors. Applying this strategy, we delineated the accessible receptor binding epitopes for functional SARS-CoV-2 CVR design and elucidated the mechanism of entry supported by an amino-terminus domain (NTD) targeting S2L20-CVR. Furthermore, we created CVR-expressing cells for assessing antibodies and inhibitors against 12 representative coronaviruses from six subgenera, most of which lacking known receptors. Notably, a pan-sarbecovirus CVR supported entry of various sarbecoviruses, as well as amplification of a replicable HKU3 pseudovirus and the authentic strain RsHuB2019A. Through combining an HKU5-specific CVR with reverse genetics, we successfully rescued and cultured wild-type and fluorescence protein-incorporated HKU5, a receptor-unidentified merbecovirus. Our study demonstrated the great potential of CVR strategy in establishing native receptor-independent infection models, paving the way for studying various viruses that are challenging to culture due to the lack of susceptible cells.

Summary Phylogenetically distant coronaviruses have evolved to use ACE2 as their common receptors, including NL63 and many Severe acute respiratory syndrome (SARS) coronavirus-related viruses. We recently reported two Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) closely related bat merbecoviruses, NeoCoV and PDF-2180, use Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) for entry. However, their host range and cross-species transmissibility remain unknown. Here, we characterized their species-specific receptor preference by testing ACE2 orthologs from 49 bats and 53 non-bat mammals. Both viruses exhibited broad receptor recognition spectra and are unable to use ACE2 orthologs from 24 species, mainly Yinpterochiropteran bats. Comparative analyses of bat ACE2 orthologs underscored four crucial host range determinants, all confirmed by subsequent functional assays in human and bat cells. Among them, residue 305, participating in a critical interaction, plays a crucial role in host tropism determination. NeoCoV-T510F, a mutation that enhances human ACE2 recognition, further expanded the potential host range via tighter interaction with an evolutionary conserved hydrophobic pocket. Our results elucidated the molecular basis for the species-specific ACE2 usage of MERS-related viruses across mammals and shed light on their zoonotic risks.

Abstract Reductive genome evolution is commonly observed among host-associated bacteria including many important pathogens, such as Mycobacterium leprae but its molecular mechanism is not well understood 1–5 . One of the most widely accepted hypotheses to explain bacterial genome reduction is Muller’s ratchet, in which the associated bacteria tend to accumulate deleterious mutations for reduction in the absence of chromosomal recombination inside the eukaryotic host organism 1,2 . Cardinium species belong to the family Amoebophilaceae of the CFB group bacteria, which are a group of endosymbiont bacteria widely distributed among arthropods, that along with Wolbachia can cause cytoplasmic incompatibility 6,7 . In this study, we explored bacterial reductive evolution within the de novo assembled genomes of Cardinium endosymbionts in two astigmatic mites 8,9 . Our results shed light on the reduction mechanism driven by endogenous plasmids and their encoded enzymes.

Abstract Background Blomia ( B. ) tropicalis , as an important species of house dust mites (HDMs), plays a critical role in allergic diseases in tropical populations, but its allergen components are less investigated than those of other HDMs. Multiple omics methods have largely improved the identification of mite allergens. Here, we sought to identify a comprehensive allergen profile of B. tropicalis and advance the allergen component-resolved diagnosis (CRD) of mite allergy. Methods Reference mite allergen sequences were searched in a high-quality genome of B. tropicalis . Comparative analysis was performed for important allergen groups. ELISA was used to assess the allergenicities of recombinant proteins of specific allergens. Results A complete allergen profile of B. tropicalis was revealed, including thirty-seven allergen groups (up to Blo t 42). In-depth comparative analysis not only determined the homology of major allergen groups 5 and 21 but also shed light on the emergence and divergence of chitin-binding allergens. The specific Blo t 12 was identified to be a chitin-binding protein originating from the chitinase of allergen group 15. Immunoassays of recombinant proteins verified three novel allergens and the ELISA results suggested geographical differences in the B. tropicalis sensitization rate. Conclusions The comprehensive allergen profile revealed in B. tropicalis , the comparative analysis of allergen groups and the immunoassay assessment of recombinant proteins largely expanded our knowledge to B. tropicalis allergens and could ultimately benefit the CRD of HDM allergy.

Abstract Understanding iron trafficking in plants is key to enhancing the nutritional quality of crops. Due to the difficulty of imaging iron in transit, little is known about iron translocation and distribution in developing seeds. A novel approach, combining 57 Fe isotope labelling and NanoSIMS, was used to visualize iron translocation dynamics at the subcellular level in wheat grain, Triticum aestivum L. We were able to track the main route of iron from maternal tissues to the embryo through different cell types. Further evidence for this route was provided by genetically diverting iron into storage vacuoles, as confirmed by histological staining and TEM-EDS. Virtually all iron was found in intracellular bodies, indicating symplastic rather than apoplastic transport. Aleurone cells contained a new type of iron body, highly enriched in 57 Fe, and most likely represents iron-nicotianamine being delivered to phytate globoids. Correlation with tissue-specific gene expression provides an updated model of iron homeostasis in cereal grains with relevance for future biofortification efforts.

Summary Sarbecoviruses exhibit varying abilities in using angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor 1–3 . However, a comprehensive understanding of their multi-species ACE2 adaptiveness and the underlying mechanism remains elusive, particularly for many sarbecoviruses with various receptor binding motif (RBM) insertions/deletions (indels) 4–11 . Here, we analyzed RBM sequences from 268 sarbecoviruses categorized into four RBM indel types. We extensively examined the capability of 14 representative sarbecoviruses and their derivatives in using ACE2 orthologues from 51 bats and five non-bat mammals. We revealed that most sarbecoviruses with longer RBMs (type-I), present broad ACE2 tropism, whereas viruses with single deletions in Region 1 (type-II) or Region 2 (type-III) generally exhibit narrow ACE2 tropism, typically favoring their hosts’ ACE2. Sarbecoviruses with double region deletions (type-IV) exhibit a complete loss of ACE2 usage. Subsequent investigations unveiled that both loop deletions and critical RBM residues significantly impact multi-species ACE2 tropism in different ways. Additionally, fine mapping based on type-IV sarbecoviruses elucidated the role of several clade-specific residues, both within and outside the RBM, in restricting ACE2 usage. Lastly, we hypothesized the evolution of sarbecovirus RBM indels and illustrated how loop length, disulfide, and adaptive mutations shape their multi-species ACE2 adaptiveness. This study provides profound insights into the mechanisms governing ACE2 usage and spillover risks of sarbecoviruses.