The silkworm Bombyx mori is a domestic insect for silk production and a lepidopteran model. The currently available genomes limit a full understanding of its genetic and phenotypic diversity. Here we assembled long-read genomes of 545 domestic and wild silkworms and constructed a high-resolution pan-genome dataset. We found that the silkworm population harbors extremely variable genomes containing 7,308 new gene families, 4,260 (22%) core gene families, and 3,432,266 non-redundant SVs. We deciphered a series of causal genes and variants associated with domestication, breeding, and ecological adaptation traits, and experimentally validated two of those genes using CRISPR-Cas9 or RNA interference. This unprecedented large-scale genomic resource allows for high-throughput screening of interesting traits for functional genomic research and breeding improvement of silkworms and may serve as a guideline for traits decoding in other species.

Abstract Emerging evidence indicates that parental diseases can impact the health of subsequent generations through epigenetic inheritance. Recently, it was shown that maternal diabetes alters the metaphase II oocyte transcriptome, causing metabolic dysfunction in offspring. However, the type 1 diabetes (T1D) mouse models frequently utilized in previous studies may be subject to several confounding factors as a result of severe hyperglycemia. This limits clinical translatability due to improvements in glycemic control for T1D subjects. Therefore, we optimized a T1D mouse model to investigate the effects of appropriately managed maternal glycemic levels on oocytes and intrauterine development. We show that diabetic mice with appropriate glycemic control exhibited better long-term health outcomes, which maintains the oocyte transcriptome and chromatin accessibility. Moreover, we find that human oocytes undergoing in vitro maturation challenged with mildly increased levels of glucose, reflecting appropriate glycemic management, also retained their transcriptome. However, the fetal growth and placental function were still affected despite appropriate glycemic control, underscoring the uterine environment rather than the germline as a pathological factor for developmental programming in appropriately managed diabetes.

Human primordial germ cell-like cells (hPGCLCs) can be generated from pluripotent stem cells (PSCs) but the differentiation efficiency of female hPSCs is often lower than that of male hPSCs. Moreover, Klinefelter Syndrome (KS), a condition characterized by an extra X-chromosome in males, often presents the failure of germline specification and infertility. In this study, we investigate how X-linked gene dosage affects hPGCLCs specification potential in both healthy and diseased conditions. We reveal that the X-chromosome plays a multifaceted role in modulating hPGCLCs induction. The inhibitory effects on TGF-beta/Activin A and BMP pathways by escape genes IGSF1 and CHRDL1, respectively, are demonstrated by the increased yield of hPGCLCs with knockdown experiments. Importantly, our results identified the intriguing role of SOX2 that is upregulated by the escape gene USP9X in hPGCLCs specification, highlighting a species-specific difference from the mouse model. The elevated USP9X-SOX2 regulatory axis profoundly influences cellular metabolism, mitochondrial morphology, and progenitor competence, thereby affecting hPGCLCs induction. Furthermore, the inability to downregulate SOX2 and upregulate SOX17 in response to BMP signaling impedes downstream gene activation due to motif binding competition. These findings shed novel insights into the hPGC specification by elucidating the differential roles of SOX2 versus SOX17 between mice and humans, influenced by X-linked gene dosage effects. Additionally, our results offer potential applications for improving the induction and survival efficiency of hPGCLCs from hPSCs, facilitating disease modeling and mechanistic studies.