Abstract CRISPR-Cas9 generates double-stranded DNA breaks (DSBs) to activate cellular DNA repair pathways for genome editing. The repair of DSBs leads to small insertions or deletions (indels) and other complex byproducts, including large deletions and chromosomal translocations. Indels are well understood to disrupt target genes, while the other deleterious byproducts remain elusive. We developed a new in silico analysis pipeline for the previously described primer-extension-mediated sequencing assay to comprehensively characterize CRISPR-Cas9-induced DSB repair outcomes in human or mouse cells. We identified tremendous deleterious DSB repair byproducts of CRISPR-Cas9 editing, including large deletions, plasmid integrations, and chromosomal translocations. We further elucidated the important roles of microhomology, chromosomal interaction, recurrent DSBs, and DSB repair pathways in the generation of these byproducts. Our findings provide an extra dimension for genome editing safety besides off-targets. And caution should be exercised to avoid not only off-target damages but also deleterious DSB repair byproducts during genome editing.

Abstract Nematode-trapping fungi (NTF), most of which belong to a monophyletic lineage in Ascomycota, cannibalize nematodes and other microscopic animals, raising questions regarding the types and mechanisms of genomic changes that enabled carnivorism and adaptation to the carbon-rich and nitrogen-poor environment created by the Permian-Triassic extinction event. Here, we conducted comparative genomic analyses of 21 NTF and 21 non-NTF to address these questions. Carnivorism-associated changes include expanded genes for nematode capture, infection, and consumption (e.g., adhesive proteins, CAP superfamily, eukaryotic aspartyl proteases, and serine-type peptidases). Although the link between secondary metabolite (SM) production and carnivorism remains unclear, we found that the numbers of SM gene clusters among NTF are significantly lower than those among non-NTF. Significantly expanded cellulose degradation gene families (GH5, GH7, AA9, and CBM1) and contracted genes for carbon-nitrogen hydrolases (enzymes that degrade organic nitrogen to ammonia) are likely associated with adaptation to the carbon-rich and nitrogen-poor environment. Through horizontal gene transfer events from bacteria, NTF acquired the Mur gene cluster (participating in synthesizing peptidoglycan of the bacterial cell wall) and Hyl (a virulence factor in animals). Disruption of MurE reduced NTF’s ability to attract nematodes, supporting its role in carnivorism. This study provides new insights into how NTF evolved and diversified after the Permian-Triassic mass extinction event.

Abstract Cohesin participates in loop formation by extruding DNA fibers from its ring-shaped structure. Cohesin dysfunction eliminates chromatin loops but only causes modest transcription perturbation, which cannot fully explain the frequently observed mutations of cohesin in various cancers. Here, we found that DNA replication initiates at more than one thousand extra dormant origins after acute depletion of RAD21, a core subunit of cohesin, resulting in earlier replicating timing at approximately 30% of the human genomic regions. In contrast, CTCF is dispensable for suppressing the early firing of dormant origins that are distributed away from the loop boundaries. Furthermore, greatly elevated levels of gross DNA breaks and genome-wide chromosomal translocations arise in RAD21-depleted cells, accompanied by dysregulated replication timing at dozens of hotspot genes. Thus, we conclude that cohesin coordinates DNA replication initiation to ensure proper replication timing and safeguards genome integrity.

Abstract Neutrophil migration and activation are essential for defense against pathogens. However, this process may also lead to collateral tissue injury. We used microRNA overexpression as a platform and discovered protein-coding genes that regulate neutrophil migration. Here we show that miR-99 decreased the chemotaxis of zebrafish neutrophils and human neutrophil-like cells. In zebrafish neutrophils, miR-99 directly targets the transcriptional factor RAR-related orphan receptor alpha (roraa) . Inhibiting RORα, but not the closely related RORγ, reduced chemotaxis of zebrafish and primary human neutrophils without causing cell death, and increased susceptibility of zebrafish to bacterial infection. Expressing a dominant-negative form of Rorα or disrupting the roraa locus specifically in zebrafish neutrophils reduced cell migration. At the transcriptional level, RORα regulates transmembrane signaling receptor activity and protein phosphorylation pathways. Our results, therefore, reveal previously unknown functions of miR- 99 and RORα in regulating neutrophil migration and anti-microbial defense.

During gamete delivery in Arabidopsis thaliana , intercellular communication between the attracted pollen tube and the receptive synergid cell leads to subcellular events in both cells culminating in the rupture of the tip-growing pollen tube and release of the sperm cells to achieve double fertilization. Live imaging of pollen tube reception revealed dynamic subcellular changes that occur in the female synergid cells. Pollen tube arrival triggers the trafficking of NORTIA (NTA) MLO protein from Golgi-associated compartments and the accumulation of endosomes at or near the synergid filiform apparatus, a membrane-rich region that acts as the site of communication between the pollen tube and synergids. Domain swaps and site-directed mutagenesis reveal that NTA’s C-terminal cytoplasmic tail with its calmodulin-binding domain influences the subcellular localization and function of NTA in pollen tube reception and that early accumulation of NTA at the filiform apparatus is sufficient for MLO function in pollen tube reception.

Global warming is escalating with increased temperatures reported worldwide. Given the enormous land mass on the planet, biological capture of CO2 remains a viable approach to mitigate the crisis as it is economical and easy to implement. In this study, a gene capable of CO2 capture was identified via selection in minimal media. This mitochondrial gene named as OG1 encodes the OK/SW-CL.16 protein and shares homology with cytochrome oxidase subunit III of various species and PII uridylyl-transferase from Loktanella vestfoldensis SKA53. CO2 capture experiments indicate that ζ13C was substantially higher in the cells harboring the gene OG1 than the control in the nutrition-poor media. This study suggests that CO2 capture using engineered microorganisms in barren land can be exploited to address the soaring CO2 level in the atmosphere, opening up vast land resources to cope with global warming.

Objective: Our objective was to investigate the applicability of targeted capture massively parallel sequencing in developing personalized pre-implantation genetic diagnosis (PGD) assay. Methods: One couple at risk of transmitting Usher Syndrome to their offspring was recruited to this study. The genomics DNA (gDNA) was extracted from the peripheral blood and underwent in vitro fertilization (IVF)-PGD. Prenatal molecular diagnosis was performed in the 20th week of gestation and the chromosomal anomaly was analyzed. Results: Customized capture probe targeted at USH2A gene and 350kb flanking region were designed for PGD. Eleven blastocysts were biopsied and amplified by using multiple displacement amplification (MDA) and capture sequencing. A HMM-based haplotype analysis was performed to deduce embryo's genotype by using SNPs identified in each sample. Four embryos were diagnosed as free of father's rare mutation, two were transferred and one achieved a successful pregnancy. The fetal genotype was confirmed by Sanger sequencing of fetal genomic DNA obtained by amniocentesis. The PGD and prenatal diagnosis results were further confirmed by the molecular diagnosis of the baby's genomic DNA sample. The auditory test showed that the hearing was normal. Conclusion: Targeted capture massively parallel sequencing (MPS) is an effective and convenient strategy to develop customized PGD assay.

Abstract Classic models consider working memory (WM) and long-term memory as distinct mental faculties that are supported by different neural mechanisms. Yet, there are significant parallels in the computation that both types of memory require. For instance, the representation of precise item-specific memory requires the separation of overlapping neural representations of similar information. This computation has been referred to as pattern separation, which can be mediated by the entorhinal-DG/CA3 pathway of the medial temporal lobe (MTL) in service of long-term episodic memory. However, although recent evidence has suggested that the MTL is involved in WM, the extent to which the entorhinal-DG/CA3 pathway supports precise item-specific WM has remained elusive. Here, we combine an established orientation WM task with high-resolution fMRI to test the hypothesis that the entorhinal-DG/CA3 pathway retains visual WM of a simple surface feature. Participants were retrospectively cued to retain one of the two studied orientation gratings during a brief delay period and then tried to reproduce the cued orientation as precisely as possible. By modeling the delay-period activity to reconstruct the retained WM content, we found that the anterior-lateral entorhinal cortex (aLEC) and the hippocampal DG/CA3 subfield both contain item-specific WM information that is associated with subsequent recall fidelity. Together, these results highlight the contribution of MTL circuitry to item-specific WM representation.

ABSTRACT Myosin motors are essential players in secretory vesicle trafficking and exocytosis in yeast and mammalian cells; however, similar roles in plants remain a matter for debate, at least for diffusely-growing cells. Here, we demonstrate that Arabidopsis ( Arabidopsis thaliana ) myosin XIK, via its globular tail domain (GTD), participates in the vesicle tethering step of exocytosis through direct interactions with the exocyst complex. Specifically, myosin XIK GTD bound directly to the SEC5B subunit of exocyst in vitro and functional fluorescently-tagged XIK colocalized with multiple exocyst subunits at plasma membrane (PM)-associated stationary foci. Moreover, genetic and pharmacological inhibition of myosin XI activity reduced the frequency and lifetime of stationary exocyst complexes at the PM. By tracking single exocytosis events of cellulose synthase (CESA) complexes (CSCs) with high spatiotemporal resolution imaging and pair-wise colocalization analysis of myosin XIK, exocyst subunits and CESA6, we demonstrated that XIK associates with secretory vesicles earlier than exocyst and is required for the recruitment of exocyst to the PM tethering site. This study reveals an important functional role for myosin XI in secretion and provides new insights about the dynamic regulation of exocytosis in plants.

Abstract Mass extinction has often paved the way for rapid evolutionary radiation, resulting in the emergence of diverse taxa within specific lineages. While the emergence and diversification of carnivorous nematode-trapping fungi (NTF) in Ascomycota has been linked to the Permian-Triassic (PT) extinction, the processes underlying NTF radiation remain unclear. Here, we conducted phylogenomic analyses using 23 genomes spanning three NTF lineages, each employing distinct nematode traps — mechanical traps ( Drechslerella spp.), three-dimensional (3-D) adhesive traps ( Arthrobotrys spp.), and two-dimensional (2-D) adhesive traps ( Dactylellina spp.), and one non-NTF species as the outgroup. This analysis revealed how diverse mechanisms contributed to the tempo of NTF evolution and rapid radiation. The genome-scale species tree of NTFs suggested that Drechslerella emerged earlier than Arthrobotrys and Dactylellina . Extensive genome-wide phylogenetic discordance was observed, mainly due to incomplete lineage sorting (ILS) between lineages (∼81.3%). Modes of non-vertical evolution (i.e., introgression and horizontal gene transfer) also contributed to phylogenetic discordance. The ILS genes that are associated with hyphal growth and trap morphogenesis (e.g., those associated with the cell membrane system and cellular polarity division) exhibited signs of positive selection.