The evolution of land flora transformed the terrestrial environment. Land plants evolved from an ancestral charophycean alga from which they inherited developmental, biochemical, and cell biological attributes. Additional biochemical and physiological adaptations to land, and a life cycle with an alternation between multicellular haploid and diploid generations that facilitated efficient dispersal of desiccation tolerant spores, evolved in the ancestral land plant. We analyzed the genome of the liverwort Marchantia polymorpha, a member of a basal land plant lineage. Relative to charophycean algae, land plant genomes are characterized by genes encoding novel biochemical pathways, new phytohormone signaling pathways (notably auxin), expanded repertoires of signaling pathways, and increased diversity in some transcription factor families. Compared with other sequenced land plants, M. polymorpha exhibits low genetic redundancy in most regulatory pathways, with this portion of its genome resembling that predicted for the ancestral land plant.PaperClip/cms/asset/a5798ed4-7289-43d4-b493-90cae7386787/mmc12.mp3Loading ...(mp3, 2.95 MB) Download audio

The advent of high throughput RNA-seq at the single-cell level has opened up new opportunities to elucidate the heterogeneity of gene expression. One of the most widespread applications of RNA-seq is to identify genes which are differentially expressed (DE) between two experimental conditions. Here, we present a discrete, distributional method for differential gene expression (D3E), a novel algorithm specifically designed for single-cell RNA-seq data. We use synthetic data to evaluate D3E, demonstrating that it can detect changes in expression, even when the mean level remains unchanged. D3E is based on an analytically tractable stochastic model, and thus it provides additional biological insights by quantifying biologically meaningful properties, such as the average burst size and frequency. We use D3E to investigate experimental data, and with the help of the underlying model, we directly test hypotheses about the driving mechanism behind changes in gene expression.

ABSTRACT Transcription factors (TFs) are essential for the regulation of gene expression and cell fate determination. Characterising the transcriptional activity of TF genes in space and time is a critical step towards understanding complex biological systems. The vegetative gametophyte meristems of bryophytes share some characteristics with the shoot-apical meristems of flowering plants. However, the identity and expression profiles of TFs associated with gametophyte organization are largely unknown. With only ∼450 TF genes, Marchantia polymorpha is an outstanding model system for plant systems biology. We have generated a near-complete collection of promoter elements derived from Marchantia TF genes. We experimentally tested in planta reporter fusions for all the TF promoters in the collection and systematically analysed expression patterns in Marchantia gemmae. This allowed us to build a map of precise expression domains and identify a unique set of TFs expressed in the stem-cell zone, providing new insight into the dynamic regulation of the gametophytic meristem and its evolution. In addition, we provide an online database of expression patterns for all promoters in the collection. We expect that the promoter elements characterised here will be useful for cell-type specific expression, synthetic biology applications, and functional genomics.

High efficiency methods for DNA assembly are based on sequence overlap between fragments or Type IIS restriction endonuclease cleavage and ligation. These have enabled routine assembly of synthetic DNAs of increased size and complexity. However, these techniques require customisation, elaborate vector sets and serial manipulations for the different stages of assembly. We present Loop assembly, based on a recursive approach to DNA fabrication. Alternate use of two Type IIS restriction endonucleases and corresponding vector sets allows efficient and parallel assembly of large DNA circuits. Plasmids containing standard Level 0 parts can be assembled into circuits containing 1, 4, 16 or more genes by looping between the two vector sets. The vectors also contain modular sites for hybrid assembly using sequence overlap methods. Loop assembly provides a simple generalised solution for DNA construction with standardised parts. The cloning system is provided under an OpenMTA license for unrestricted sharing and open access.

Withdrawal Statement The authors have requested that this manuscript is withdrawn pending revisions to the text and amendments to the authorship list. Therefore, the authors do not wish this current version to be cited as reference for the project. If you have any questions, please contact the corresponding author.

We present the OpenPlant toolkit, a set of interlinked resources and techniques to develop Marchantia as testbed for bioengineering in plants. Marchantia is a liverwort, a simple plant with an open form of development that allows direct visualization of gene expression and dynamics of cellular growth in living tissues. We describe new techniques for simple and efficient axenic propagation and maintenance of Marchantia lines with no requirement for glasshouse facilities. Marchantia plants spontaneously produce clonal propagules within a few weeks of regeneration, and lines can be amplified million-fold in a single generation by induction of the sexual phase of growth, crossing and harvesting of progeny spores. The plant has a simple morphology and genome with reduced gene redundancy, and the dominant phase of its life cycle is haploid, making genetic analysis easier. We have built robust Loop assembly vector systems for nuclear and chloroplast transformation and genome editing. These have provided the basis for building and testing a modular library of standardized DNA elements with highly desirable properties. We have screened transcriptomic data to identify a range of candidate genes, extracted putative promoter sequences, and tested them in vivo to identify new constitutive promoter elements. The resources have been combined into a toolkit for plant bioengineering that is accessible for laboratories without access to traditional facilities for plant biology research. The toolkit is being made available under the terms of the OpenMTA and will facilitate the establishment of common standards and the use of this simple plant as testbed for synthetic biology.