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.

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 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.

RNA transcripts circulating in peripheral blood represent an important source of non-invasive biomarkers. To accurately quantify the levels of a circulating transcript, one needs to normalize the data with internal control reference genes, which are detected at relatively constant levels across different blood samples. A few stably-expressed reference gene candidates have to be selected from transcriptome data before validation of their stable expression by reverse-transcription quantitative polymerase chain reaction. However, there is a lack of transcriptome, let alone whole-transcriptome, data from maternal blood. To overcome this shortfall, we performed RNA-seq on blood samples from women presented with preterm labor. Of 11215 exons detected in the maternal blood whole-transcriptome, we systematically identified a panel of 395 genes comprising exons that were detected at a coefficient of variation (CV) ranging from 7.75%-17.7%. Their levels were considerably less variable than any GAPDH exon (minimum CV, 27.3%). Upon validation, selected genes from this panel remained as more stably expressed than GAPDH in maternal blood. This panel is over-represented with genes involved with actin cytoskeleton, macromolecular complex and the integrin signaling pathway. This groundwork provides a starting point for systematically selecting reference gene candidates for normalizing the levels of circulating RNA transcripts in maternal blood.

The functions of numerous bacterial proteins remain unknown because of the variety of their sequences. The performances of existing prediction methods are highly weak toward these proteins, leading to the annotation of "hypothetical protein" deposited in NCBI database. Elucidating the functions of these unannotated proteins is an urgent task in computational biology. We report a method about secondary structure element alignment called SSEalign based on an effective training dataset extracting from 20 well-studied bacterial genomes. The experimentally validated same genes in different species were selected as training positives, while different genes in different species were selected as training negatives. Moreover, SSEalign used a set of well-defined basic alignment elements with the backtracking line search algorithm to derive the best parameters for accurate prediction. Experimental results showed that SSEalign achieved 91.2% test accuracy, better than existing prediction methods. SSEalign was subsequently applied to identify the functions of those unannotated proteins in the latest published minimal bacteria genome JCVI-syn3.0. Results indicated that At least 99 proteins out of 149 unannotated proteins in the JCVI-syn3.0 genome could be annotated by SSEalign. In conclusion, our method is effective for the identification of protein homology and the annotation of uncharacterized proteins in the genome.

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.