Summary The mobility of transposable elements (TEs) contributes to evolution of genomes 1,2 . Meanwhile, their uncontrolled activity causes genomic instability and therefore expression of TEs is silenced by host genomes 3,4 . TEs are marked with DNA and H3K9 methylation that are associated with silencing in flowering plants 5 , animals, and fungi 6 . Yet, in distantly related eukaryotes TEs are instead marked by H3K27me3 deposited by the Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) 7–11 , an epigenetic mark associated with gene silencing in multicellular eukaryotes 12–15 . It was therefore proposed that the ancestral activity of PRC2 was the deposition of H3K27me3 to silence TEs 16 . To test this hypothesis we obtained mutants deprived of PRC2 activity and used genomics to analyze the role of PRC2 in extant species along the lineage of Archaeplastida. While in the red alga Cyanidioschyzon merolae more TEs than genes were repressed by PRC2, an opposite trend was observed in bryophytes Marchantia polymorpha and Anthoceros agrestis . In the red alga, TEs silenced by H3K27me3 are in subtelomeres but in bryophytes, TEs and genes marked by H3K27me3 form coregulated transcriptional units. The latter trend was also observed in the flowering plant Arabidopsis thaliana , and we identified cis-elements recognised by transcription factors in TEs flanking genes repressed by PRC2. Together with the silencing of TEs by PRC2 in ciliates that diverged early from an ancestor common with Archaeplastida, our findings support the hypothesis that PRC2 deposited H3K27me3 to silence TEs in early lineages of eukaryotes. During evolution, TE fragments marked with H3K27me3 were selected to shape transcriptional regulation that control networks of genes regulated by PRC2. Highlights H3K27me3 marks a decreasing proportion of TEs during evolution of plants The polycomb repressive complex 2 represses TEs in red algae and bryophytes H3K27me3-marked TEs in flowering plants contain transcription factor binding sites Transcription factors bind TEs and regulate networks of genes controlled by PRC2

Abstract Baylisascaris schroederi , a bamboo-feeding giant panda ( Ailuropoda melanoleuca )-specific roundworm (ascaridoid) parasite, is the causative agent of baylisascariasis, which represents a leading reason for the mortality of wild giant panda populations and therefore poses a significant threat to giant panda conservation. Here we present a 293-Mb chromosome-level genome assembly of B. schroederi to inform its biology, including host adaptations. Comparative genomics revealed an evolutionary trajectory accompanied by host-shift events in ascaridoid parasite lineages after host separations, suggesting their potential transmissions and fast adaptations to hosts. Genomic and anatomical lines of evidence, including expansion and positive selection of genes related to cuticle and basal metabolisms, indicates that B. schroederi undergoes specific adaptations to survive in the sharp-edged bamboo enriched gut of giant panda by structurally increasing its cuticle thickness and efficiently utilizing host nutrients during gut parasitism. Also, we characterized the secretome and predicted potential drug and vaccine targets for new interventions. Overall, this genome resource provides new insights into the host adaptation of B. schroederi to giant panda as well as the host-shift events in ascaridoid parasite lineages. These findings also add to our knowledge on the unique biology of the giant panda roundworm and aid the development of much-needed novel strategies for the control of baylisascariasis and thus the protection of giant panda populations.

Abstract Background In animals and flowering plants specific chromatin modifications define three chromosomal domains: euchromatin comprising transcribed genes, facultative heterochromatin comprising repressed genes, and constitutive heterochromatin comprising transposons. However, recent studies have shown that the correlation between chromatin modifications and transcription vary among different eukaryotic organisms including mosses and liverworts that differ from one another. Mosses and liverworts diverged from hornworts, altogether forming the lineage of bryophytes that shared a common ancestor with all land plants. We aimed to obtain chromatin landscapes in hornworts to establish synapomorphies across bryophytes. Results We mapped the chromatin landscape of the model hornwort Anthoceros agrestis. By comparing chromatin landscapes across bryophytes we defined the common chromatin landscape of the ancestor of extant bryophytes. In this group, constitutive heterochromatin was characterized by a scattered distribution across autosomes, which contrasted with the dense compartments of heterochromatin surrounding the centromeres in flowering plants. Topologically associated domains were primarily occupied by transposons with genes at their boundaries and nearly half of the hornwort transposons were associated with facultative heterochromatin and euchromatin. Conclusions Most of the features observed in hornworts are also present in liverworts but are distinct from flowering plants. Hence, the ancestral genome of bryophytes was likely a patchwork of units of euchromatin interspersed within facultative and constitutive heterochromatin and each unit contained both transposons and genes sharing the same chromatin state. We propose this genome organization was ancestral to land plants and prevented transposons from being segregated as constitutive heterochromatin around point centromeres as in flowering plants.

Abstract Rice ( Oryza sativa L .) endosperm provides nutrients for seed germination and determines grain yield. RNA editing, a post-transcriptional modification essential for plant development, unfortunately, is not fully characterized during rice endosperm development. Here, we conduct genome re-sequencing and RNA sequencing for rice endosperms across five successive developmental stages and perform systematic analyses to characterize RNA editing profiles during rice endosperm development. We find that the majority of their editing sites are C-to-U CDS-recoding in mitochondria, leading to increased hydrophobic amino acids, and affecting structures and functions of mitochondrial proteins. Comparative analysis of RNA editing profiles across the five developmental stages reveals that CDS-recoding sites present higher editing frequencies with lower variabilities, and recoded amino acids, particularly caused by these sites with higher editing frequencies, tend to exhibit stronger evolutionary conservation across many land plants. Based on these results, we further classify mitochondrial genes into three groups that present distinct patterns in terms of editing frequency and variability of CDS-recoding sites. Besides, we identify a series of P- and PLS-class pentatricopeptide repeat (PPR) proteins with editing potential and construct PPR-RNA binding profiles, yielding candidate PPR editing factors related to rice endosperm development. Taken together, our findings provide valuable insights for deciphering fundamental mechanisms of rice endosperm development underlying RNA editing machinery. Author summary Rice endosperm development, a critical process determining quality and yield of our mankind’s essential food, is regulated by RNA editing that provokes RNA base alterations by protein factors. However, our understanding of this regulation is incomplete. Hence, we systematically characterize RNA editing profiles during rice endosperm development. We find that editing sites resulting in amino acid changes, called “CDS-recoding”, predominate in mitochondria, leading to increased hydrophobic amino acids and affecting structures and functions of proteins. Comparative analysis of RNA editing profiles during rice endosperm development reveals that CDS-recoding sites present higher editing frequencies with lower variabilities. Furthermore, evolutionary conservation of recoded amino acids caused by these CDS-recoding sites is positively correlated with editing frequency across many land plants. We classify mitochondrial genes into three groups that present distinct patterns in terms of editing frequency and variability of CDS-recoding sites, indicating different effects of these genes on rice endosperm development. In addition, we identify candidate protein factors associated closely with RNA editing regulation. To sum up, our findings provide valuable insights for fully understanding the role of RNA editing during rice endosperm development.

Abstract Aminoglycosides (AGs) are a class of potent antibiotics with a broad spectrum of activity. However, their use is limited by safety concerns associated with nephrotoxicity and ototoxicity, as well as drug resistance. To address these issues, semi-synthetic approaches for modifying natural AGs have successfully generated new generations of AGs, however, with limited types of modification due to significant challenges in synthesis. This study explores a novel approach that harness the bacterial biosynthetic machinery of gentamicins and kanamycins to create hybrid AGs, installing extensive natural modifications from gentamicins onto kanamycins. This was achieved by glycodiversification of gentamicins via swapping the glycosyltransferase (GT) in their producer with the GT from kanamycins biosynthetic pathway and resulted in the creation of a series of novel AGs with combined structural features of two, therefore referred to as genkamicins (GKs). The manipulation of the hybrid metabolic pathway enabled the target accumulation of different GK species and the successful isolation and characterization of six GK components. These compounds display retained antimicrobial activity against a panel of World Health Organization (WHO) critical priority pathogens, and GK-C2a, in particular, demonstrates low ototoxicity compared to clinical drugs in zebrafish embryos. This study provides a new strategy for diversifying the structure of AGs and a potential avenue for developing less toxic AG drugs to combat infectious diseases.