In Drosophila, repeat-associated small interfering RNAs (rasiRNAs) are produced in the germ line by a Dicer-independent pathway and function through the PIWI subfamily of Argonautes to ensure silencing of retrotransposons. We sequenced small RNAs associated with the PIWI subfamily member AGO3. Although other members of PIWI, Aubergine (Aub) and Piwi, associated with rasiRNAs derived mainly from the antisense strand of retrotransposons, AGO3-associated rasiRNAs arose mainly from the sense strand. Aub- and Piwi-associated rasiRNAs showed a strong preference for uracil at their 5' ends, and AGO3-associated rasiRNAs showed a strong preference for adenine at nucleotide 10. Comparisons between AGO3- and Aub-associated rasiRNAs revealed pairs of rasiRNAs showing complementarities in their first 10 nucleotides. Aub and AGO3 exhibited Slicer activity in vitro. These data support a model in which formation of a 5' terminus within rasiRNA precursors is guided by rasiRNAs originating from transcripts of the other strand in concert with the Slicer activity of PIWI.

In Drosophila , Piwi (P-element-induced wimpy testis), which encodes a protein of the Argonaute family, is essential for germ stem cell self-renewal. Piwi has recently been shown to be a nuclear protein involved in gene silencing of retrotransposons and controlling their mobilization in the male germline. However, little is known about the molecular mechanisms of Piwi-dependent gene silencing. Here we show that endogenous Piwi immunopurified from ovary specifically associates with small RNAs of 25–29 nucleotides in length. Piwi-associated small RNAs were identified by cloning and sequencing as repeat-associated small interfering RNAs (rasiRNAs) derived from repetitive regions, such as retrotransposon and heterochromatic regions, in the Drosophila genome. Northern blot analyses revealed that in vivo Piwi does not associate with microRNAs (miRNAs) and that guide siRNA was not loaded onto Piwi when siRNA duplex was added to ovary lysate. In vitro, recombinant Piwi exhibits target RNA cleavage activity. These data together imply that Piwi functions in nuclear RNA silencing as Slicer by associating specifically with rasiRNAs originating from repetitive targets.

Argonaute proteins play important yet distinct roles in RNA silencing. Human Argonaute2 (hAgo2) was shown to be responsible for target RNA cleavage (“Slicer”) activity in RNA interference (RNAi), whereas other Argonaute subfamily members do not exhibit the Slicer activity in humans. In Drosophila , AGO2 was shown to possess the Slicer activity. Here we show that AGO1, another member of the Drosophila Argonaute subfamily, immunopurified from Schneider2 (S2) cells associates with microRNA (miRNA) and cleaves target RNA completely complementary to the miRNA. Slicer activity is reconstituted with recombinant full-length AGO1. Thus, in Drosophila , unlike in humans, both AGO1 and AGO2 have Slicer functions. Further, reconstitution of Slicer activity with recombinant PIWI domains of AGO1 and AGO2 demonstrates that other regions in the Argonautes are not strictly necessary for small interfering RNA (siRNA)-binding and cleavage activities. It has been shown that in circumstances with AGO2-lacking, the siRNA duplex is not unwound and consequently an RNA-induced silencing complex (RISC) is not formed. We show that upon addition of an siRNA duplex in S2 lysate, the passenger strand is cleaved in an AGO2-dependent manner, and nuclease-resistant modification of the passenger strand impairs RISC formation. These findings give rise to a new model in which AGO2 is directly involved in RISC formation as “Slicer” of the passenger strand of the siRNA duplex.

Despite a long appreciation for the role of nonsense-mediated mRNA decay (NMD) in the destruction of faulty, disease-causing mRNAs, as well as its role in the maintenance of normal, endogenous transcript abundance, systematic unbiased methods for uncovering modifiers of NMD activity in mammalian cells remain scant. Here we present and validate a haploid genetic screening method for identifying proteins and processes that stimulate NMD activity involving a 3'-untranslated region exon-junction complex. This reporter-based screening method can be adapted for interrogating other pathways whose output can be measured by the intracellular production of fluorescent proteins.

Abstract N 7 -methylguanosine (m 7 G) in the variable loop region of tRNA is catalyzed by METTL1/WDR4 heterodimer and stabilizes target tRNA. Here, we reveal essential functions of Mettl1 in Drosophila fertility. Knockout of Mettl1 (Mettl1-KO) lost the elongated spermatids and mature sperm, which was fully rescued by a Mettl1-transgene expression, but not a catalytic-dead Mettl1 transgene. This demonstrates that Mettl1-dependent m 7 G is required for spermatogenesis. Mettl1-KO resulted in a loss of m 7 G modification on a subset of tRNAs and a decreased level of tRNA expression. Strikingly, overexpression of the translational elongation factor, EF1α1, which can compete with the rapid tRNA decay (RTD) pathway in S. cerevisiae , significantly counteracted the sterility of Mettl1-KO males, supporting a critical role of m 7 G modification of tRNAs in spermatogenesis. Ribosome profiling showed that Mettl1-KO led to the ribosome stalling at codons decoded by tRNAs that were reduced in expression. Mettl1-KO also significantly reduced the translation efficiency of genes involved in elongated spermatid formation and sperm stability. These findings reveal a developmental role for m 7 G tRNA modifications and indicate that m 7 G modification-dependent tRNA stability differs among tissues.

Abstract Nanostructures of pores and protrusions in the insect cuticle modify molecular permeability and surface wetting and help insects sense a variety of environmental cues. The cellular mechanism specifying cuticle nanostructures is poorly understood. Here, we show that insect-specific Osiris family genes are expressed in various cuticle-secreting cells in the Drosophila head in the early stage of cuticle secretion and collectively cover nearly the entire surface of the head epidermis. We show that each sense organ cell with various cuticular nanostructures expresses a unique combination of Osiris genes. Osiris gene mutations caused various cuticle defects in the corneal nipples of the eye and pores of the chemosensory sensilla. Osiris genes provide an entry point for investigating cuticle nanopatterning in insects.

Modification of guanosine to N