Three-dimensional (3D) meso-scale finite element models of concrete based on in-situ X-ray Computed Tomography (XCT) images are developed and validated in this study. The micro-scale images from a Brazilian-like XCT test are first compressed and then transformed into manageable meso-scale 3D meshes using a voxel hexahedron meshing technique with a stacking algorithm. The continuum damage plasticity model is used to simulate complicated damage and fracture behaviour. Excellent qualitative agreement is found between modelling and the XCT compression test in terms of damage evolution and fracture process on both the surface and interior of the specimen. 3D uniaxial tension tests are also simulated, and it is found that the distribution of voids have profound influences on the strength and crack patterns. The image-based 3D models are proved very promising in elucidating fundamental mechanisms of complicated crack initiation and propagation behaviour that 2D studies are incapable of modelling.

Abstract In this study, we introduced a novel dual‐laser multi‐color imaging system. Integrated with a multi‐channel filter wheel, this system compared three spectral decontamination algorithms (nonnegative matrix factorization [NMF], RCAN, and PICASSO) showcasing its efficacy in achieving four‐color imaging with only two laser sources. Combined with a reliable image reconstruction algorithm, the spatial resolution of four channels super‐resolution four‐color images reached 130, 125, 133, and 132 nm, respectively. Lipid droplets, mitochondria, lysosomes, and nuclei from the mouse hepatocytes (AML12), human neuroblastoma cells (SH‐SY5Y), mouse hippocampal neuronal cells (HT‐22), and immortalized murine bone marrow‐derived macrophages were imaged. At the same time, the chromatin condensation, nuclear contraction, DNA fragmentation, apoptotic body formation, as well as the fusion of Mito and Lyso involved in mitochondrial autophagy were observed in HT‐22 and SH‐SY5Y cells suffering oxidative stress. Our multi‐color SIM imaging system establishes a powerful platform for dynamic organelle studies and other high‐resolution investigations in live cells.

The accurate prediction of concrete composites' fracture behaviour requires precise meso-structural characterization, appropriate fracture modelling, and pivotal uncertainty assessment. Towards this goal, we adopt a dynamics approach with CT images to generate numerical concrete models using real aggregates with 30%-60% contents. An image slicing method is then developed to obtain a large number of realistic models in 2D, whose heterogeneity is characterised by aggregates, mortar and interfaces. Monte Carlo simulations of uniaxial tension are performed, incorporating cross-scale fracture evolution through a phase-field cohesive zone model. Statistical analyses reveal that the stochasticity of crack patterns and stress-displacement curves, especially post-peak softening responses, is inherently dependent on the random meso-structures. It is observed that increasing aggregate content accelerates the deterioration rate of peak stress, decreases the softening curve, and leads to more tortuous crack paths, considering the ITZ crack channels. On the other hand, the tensile strength of mortar has significant impacts on the load-carrying capacity, while the fracture energy primarily influences the ductility and has negligible effects on the peak stress and the pre-peak nonlinear part. Besides, the ratios of mortar-ITZ tensile strength and fracture energy are found to affect the crack paths. The proposed numerical framework holds promise to reveal complex fracture mechanisms of concrete with more insights into other loading or environmental conditions.

Abstract Understanding the mechanisms driving centromere evolution is crucial for deciphering eukaryotic evolution and speciation processes. Despite their widely recognized characteristics of conserved function in cell division, the centromeres have showed high diversity in composition and structure between species. The mechanism underlying this paradox remain poorly understood. Here, we assembled 67 high-quality rice genomes from Oryza AA group, encompassing both Asian and African rice species, and conducted an extensive analysis of over 800 nearly complete centromeres. Through de novo annotation of satellite sequences and employing a progressive compression strategy, we quantified the local homogenization and multi-layer nested structures of rice centromeres and found that genetic innovations in rice centromeres primarily arise from internal structural variations and retrotransposon insertions, along with a certain number of non-canonical satellite repeats ( sati ). Despite these rapid structural alterations, the single-base substitution rate in rice centromeres appears relatively lower compared to the chromosome arms. Contrary to the KARMA model for Arabidopsis centromere evolution, our model (RICE) suggests that centrophilic LTRs contribute to the decline of progenitor centromeres composed of satellite repeats, and facilitate the formation of evolutionary neo-centromeres, which are enriched with extended CENH3 binding regions beyond the native satellite arrays in plant genomes. In summary, this study provides novel insights into genomic divergence and reproductive barriers among rice species and subspecies, and advances our understanding of plant centromere evolution.

Abstract Asian rice is one of the world’s most widely cultivated crops. Large-scale resequencing analyses have been undertaken to explore the domestication and de-domestication genomic history of Asian rice, but the evolution of rice is still under debate. Here, we construct a syntelog-based rice pan-genome by integrating and merging 74 high-accuracy genomes based on long-read sequencing, encompassing all ecotypes and taxa of Oryza sativa and Oryza rufipogon . Analyses of syntelog groups illustrate subspecies divergence in gene presence-and-absence and haplotype composition and identify massive genomic regions putatively introgressed from ancient Geng/ japonica to ancient Xian/ indica or its wild ancestor, including almost all well-known domestication genes and a 4.5-Mb centromere-spanning block, supporting a single domestication event in rice. Genomic comparisons between weedy and cultivated rice highlight the contribution from wild introgression to the emergence of de-domestication syndromes in weedy rice. This work highlights the significance of inter-taxa introgression in shaping diversification and divergence in rice evolution and provides an exploratory attempt by utilizing the advantages of pan-genomes in evolutionary studies.

Cold stress in winter is one of the most severe abiotic stresses on plant growth and flourishing, and the selection of cold tolerant genotypes is an important strategy to ensure the safety of plant growth and development. Cyclocarya paliurus, a diclinous and versatile tree species originally in subtropical regions, has been introduced and cultivated in the warm temperate zone of China to meet the increasing market demand for its leaf yield. However, information regarding its cold tolerance remains limited. Based on the ploidy identification of tested materials, an imitation experiment was conducted to investigate the variation in freezing injury index and expression of the CpaWRKY family members in diploid and tetraploid C. paliurus seedlings. The results indicated a significant difference in freezing injury index between diploids and tetraploids under the imitating temperature of southern warm temperate zone, with diploids showing better cold tolerance than the tetraploids. A total of 88 CpaWRKY genes were identified from the C. paliurus genome, and RNA-Seq results showed significant differences in WRKY gene expression in C. paliurus under cold stress. Correlation analysis between differentially expressed genes and freezing injury index suggested that CpaWRKY14, CpaWRKY26 and CpaWRKY86 play essential roles in the diploids to respond to cold stress. In contrast, the major genes involved in the cold stress response in tetraploids were CpaWRKY14, CpaWRKY60, CpaWRKY63 and CpaWRKY81. Moreover, CpaWRKY14 expression was considerably higher in diploids compared to tetraploids. The results from this study not only enhance our comprehension of the role of the CpaWRKY genes in cold stress, but also provide a foundation for the genetic improvement of C. paliurus.

This manuscript has been withdrawn by the authors because some descriptions of other techniques (line 47-50) in the current version of manuscript are inaccurate. Therefore, the authors request that this version of the manuscript is not cited as reference for the project. Please contact the corresponding author if you have any questions.