Abstract Cell-free RNA, including both long RNA and small RNA, has been considered important for its biological functions and potential clinical usage, but the major challenge is to effectively sequence them at the same time. Here we present PolyAdenylation Ligation Mediated-Seq (PALM-Seq), an integrated sequencing method for cell-free long and small RNA. Through terminal modification and addition of 3’ polyadenylation and 5’ adaptor, we could get mRNA, long non-coding RNA, microRNA, tRNA, piRNA and other RNAs in a single library. With target RNA depletion, all these RNAs could be sequenced with relatively low depth. Using PALM-Seq, we identified pregnant-related mRNAs, long non-coding RNAs and microRNAs in female plasma. We also applied PALM-Seq to sequence RNA from amniotic fluids, leukocytes and placentas, and could find RNA signatures associated with specific sample type. PALM-Seq provides an integrated, cost-effective and simple method to characterize the landscape of cell-free RNA, and can stimulate further progress in cell-free RNA study and usage.

Analyzing cell types of origin of cell-free RNA can enhance the resolution of liquid biopsies, thereby deepening the understanding of molecular and cellular changes in development and disease processes. Existing deconvolution methods typically rely on meticulously curated gene expression profiles or employ deep neural network with vast and complex solution spaces that are difficult to interpret. These approaches overlook the synergistic and co-expression effects among genes in biological signaling pathways, compromising their generalizability and robustness. we developed `Deconformer', a Transformer-based deconvolution model that integrates biological signaling pathways at the embedding stage, to address these issues. Compared to popular methods on multiple datasets, Deconformer demonstrates superior performance and robustness, and is capable of tracking the developmental process of the fetal and placenta. Additionally, pathway-level interpretability of Deconformer offers new insights into crosstalk, dependencies, and other interactions within cell-free RNA pathways, supporting further biological discoveries. We posit that Deconformer represents a significant advancement in the precise analysis of the cell-free transcriptome. It holds the promise of describing disease progression and severity with a new level of accuracy, focusing on the contributions of originating cell types and their pathway dependencies. This model has the potential to catalyze the development of non-invasive diagnostic tools and enhance our understanding of the underlying biology of diseases.

Cell-free DNA (cfDNA) has been widely used in prenatal test and cancer diagnosis nowadays. The cost- and time- effective isolation kits are needed especially in large-scale clinical application. Here, we compared three domestic kits: VAHTS Serum/Plasma Circulating DNA kit (VZ), MagPure Gel Pure DNA mini kit (MG) and Serum/Plasma Circulating DNA Kit (TG), together with QIAamp Circulating Nucleic Acid Kit (QC) and QIAamp DNA Blood Mini Kit (QD) in cfDNA isolation. cfDNA was isolated from the pooled samples with spike-in fragments, qPCR was conducted to quantify the spike-in fragments recovery. The results indicated that all of the five kits could isolate cfDNA with different efficiency. The VZ kit had an efficiency as high as 90 percent, which is comparable to QC kit. The libraries were constructed using the isolated cfDNAs, quantified by Qubit and analyzed by 2100 bioanalyzer. Both showed the libraries were qualified. Finally, cffDNAs were detected by qPCR targeting SRY gene using libraries from pregnant women bearing male fetuses. All five kits could isolate cffDNAs that could be detected by qPCR. Our results provided more choices in wide-scale clinical application of cfDNA-based non-invasive genetic tests.

Sorption is the most important process influencing the amount of herbicide retained in soils. The special properties of biochar could influence the soil retention of pollutants through adsorption. However, the detailed sorption mechanisms as influenced before and after applying biochar to soils with different properties are unclear. This study examined the sorption characteristics of metolachlor using soil samples collected from South China. Sorption experiments were conducted using a batch equilibration method. After comparing the metolachlor sorption constants observed for all soil samples, our results showed that the application of biochar significantly increased the capacity of metolachlor adsorption. Without biochar, sorption capacity (Kf) was positively related to soil organic matter and to a soil particle size of 0.002–0.02 mm in soils developed from granite, of 0.002–0.02 mm in soils developed from delta shockwaves, and of 0.002–0.02 mm, together with complex iron oxide and total iron content, in soils developed from arenaceous shale. Moreover, sorption capacity (Kf) with biochar was positively related to peroxidase in soils developed from granite and to dissociative iron oxide and total iron content in soils developed from arenaceous shale. Our results show that biochar greatly affects metolachlor sorption behavior, probably because of qualitative differences in the structural characteristics of soils with different developmental parent materials and properties.