Francis Martin and colleagues report genome sequences for 18 species of mycorrhizal fungi and a phylogenomic analysis including 32 other fungal genomes. The study identifies cell wall-degradation genes lost in all true ectomycorrhizal species and, using gene expression data, finds candidate genes for the establishment of symbiosis. To elucidate the genetic bases of mycorrhizal lifestyle evolution, we sequenced new fungal genomes, including 13 ectomycorrhizal (ECM), orchid (ORM) and ericoid (ERM) species, and five saprotrophs, which we analyzed along with other fungal genomes. Ectomycorrhizal fungi have a reduced complement of genes encoding plant cell wall–degrading enzymes (PCWDEs), as compared to their ancestral wood decayers. Nevertheless, they have retained a unique array of PCWDEs, thus suggesting that they possess diverse abilities to decompose lignocellulose. Similar functional categories of nonorthologous genes are induced in symbiosis. Of induced genes, 7–38% are orphan genes, including genes that encode secreted effector-like proteins. Convergent evolution of the mycorrhizal habit in fungi occurred via the repeated evolution of a 'symbiosis toolkit', with reduced numbers of PCWDEs and lineage-specific suites of mycorrhiza-induced genes.

Chia-Lin Wei, Yijun Ruan and colleagues used chromatin interaction analysis by paired-end tag sequencing (ChIA-PET) to determine the CTCF-chromatin interactome in mouse embryonic stem cells. Mammalian genomes are viewed as functional organizations that orchestrate spatial and temporal gene regulation. CTCF, the most characterized insulator-binding protein, has been implicated as a key genome organizer. However, little is known about CTCF-associated higher-order chromatin structures at a global scale. Here we applied chromatin interaction analysis by paired-end tag (ChIA-PET) sequencing to elucidate the CTCF-chromatin interactome in pluripotent cells. From this analysis, we identified 1,480 cis- and 336 trans-interacting loci with high reproducibility and precision. Associating these chromatin interaction loci with their underlying epigenetic states, promoter activities, enhancer binding and nuclear lamina occupancy, we uncovered five distinct chromatin domains that suggest potential new models of CTCF function in chromatin organization and transcriptional control. Specifically, CTCF interactions demarcate chromatin-nuclear membrane attachments and influence proper gene expression through extensive cross-talk between promoters and regulatory elements. This highly complex nuclear organization offers insights toward the unifying principles that govern genome plasticity and function.

The fungal genus Aspergillus is of critical importance to humankind. Species include those with industrial applications, important pathogens of humans, animals and crops, a source of potent carcinogenic contaminants of food, and an important genetic model. The genome sequences of eight aspergilli have already been explored to investigate aspects of fungal biology, raising questions about evolution and specialization within this genus.We have generated genome sequences for ten novel, highly diverse Aspergillus species and compared these in detail to sister and more distant genera. Comparative studies of key aspects of fungal biology, including primary and secondary metabolism, stress response, biomass degradation, and signal transduction, revealed both conservation and diversity among the species. Observed genomic differences were validated with experimental studies. This revealed several highlights, such as the potential for sex in asexual species, organic acid production genes being a key feature of black aspergilli, alternative approaches for degrading plant biomass, and indications for the genetic basis of stress response. A genome-wide phylogenetic analysis demonstrated in detail the relationship of the newly genome sequenced species with other aspergilli.Many aspects of biological differences between fungal species cannot be explained by current knowledge obtained from genome sequences. The comparative genomics and experimental study, presented here, allows for the first time a genus-wide view of the biological diversity of the aspergilli and in many, but not all, cases linked genome differences to phenotype. Insights gained could be exploited for biotechnological and medical applications of fungi.

A chromatin interaction analysis with paired-end tagging (ChIA-PET) approach is used to delineate chromatin interactions mediated by RNA polymerase II in several different stem-cell populations; putative long-range promoter–enhancer interactions are inferred, indicating that linear juxtaposition does not necessarily guide enhancer target selection and prevalent cell-specific enhancer usage. Gene transcription requires dynamic chromatin connectivity between promoters bound by RNA polymerase II and their corresponding distal-acting enhancers. In this paper the authors use the ChIA-PET (chromatin interaction analysis with paired-end tagging) approach to delineate chromatin interactions mediated by RNA polymerase II in embryonic stem cells, neural stem cells and neurosphere progenitor cells. Putative enhancer–promoter interactions can be inferred, and many enhancers associate with promoters located beyond their nearest active genes, indicating that linear juxtaposition does not necessarily guide enhancer target selection. This work illustrates the possible importance of underlying chromatin structures in nuclear function. In multicellular organisms, transcription regulation is one of the central mechanisms modelling lineage differentiation and cell-fate determination1. Transcription requires dynamic chromatin configurations between promoters and their corresponding distal regulatory elements2. It is believed that their communication occurs within large discrete foci of aggregated RNA polymerases termed transcription factories in three-dimensional nuclear space3. However, the dynamic nature of chromatin connectivity has not been characterized at the genome-wide level. Here, through a chromatin interaction analysis with paired-end tagging approach3,4,5 using an antibody that primarily recognizes the pre-initiation complexes of RNA polymerase II6, we explore the transcriptional interactomes of three mouse cells of progressive lineage commitment, including pluripotent embryonic stem cells7, neural stem cells8 and neurosphere stem/progenitor cells9. Our global chromatin connectivity maps reveal approximately 40,000 long-range interactions, suggest precise enhancer–promoter associations and delineate cell-type-specific chromatin structures. Analysis of the complex regulatory repertoire shows that there are extensive colocalizations among promoters and distal-acting enhancers. Most of the enhancers associate with promoters located beyond their nearest active genes, indicating that the linear juxtaposition is not the only guiding principle driving enhancer target selection. Although promoter–enhancer interactions exhibit high cell-type specificity, promoters involved in interactions are found to be generally common and mostly active among different cells. Chromatin connectivity networks reveal that the pivotal genes of reprogramming functions are transcribed within physical proximity to each other in embryonic stem cells, linking chromatin architecture to coordinated gene expression. Our study sets the stage for the full-scale dissection of spatial and temporal genome structures and their roles in orchestrating development.

The evolutionary processes that drive universal therapeutic resistance in adult patients with diffuse glioma remain unclear1,2. Here we analysed temporally separated DNA-sequencing data and matched clinical annotation from 222 adult patients with glioma. By analysing mutations and copy numbers across the three major subtypes of diffuse glioma, we found that driver genes detected at the initial stage of disease were retained at recurrence, whereas there was little evidence of recurrence-specific gene alterations. Treatment with alkylating agents resulted in a hypermutator phenotype at different rates across the glioma subtypes, and hypermutation was not associated with differences in overall survival. Acquired aneuploidy was frequently detected in recurrent gliomas and was characterized by IDH mutation but without co-deletion of chromosome arms 1p/19q, and further converged with acquired alterations in the cell cycle and poor outcomes. The clonal architecture of each tumour remained similar over time, but the presence of subclonal selection was associated with decreased survival. Finally, there were no differences in the levels of immunoediting between initial and recurrent gliomas. Collectively, our results suggest that the strongest selective pressures occur during early glioma development and that current therapies shape this evolution in a largely stochastic manner. The GLASS Consortium studies the evolutionary trajectories of 222 patients with a diffuse glioma to aid in our understanding of tumour progression and treatment failure

Abstract Purpose: Myofibroblasts, which are specifically differentiated fibroblasts, are thought to play a central role in the desmoplastic reaction, a dynamic stromal change closely associated with cancer development. Although fundamental studies suggest that myofibroblasts may either facilitate or inhibit cancer progression, cumulative evidence supports their role in promoting tumor progression. The aim of this study was to assess the value of myofibroblasts in the cancer stroma as an indicator of disease recurrence after colorectal cancer surgery. Experimental Design: Using computer-assisted image analysis, we quantified myofibroblasts in the cancer-associated stroma of 192 colorectal cancers using α-smooth muscle actin as a marker. Results: The cancer-associated stroma contained various numbers of myofibroblasts (0.35-19.0%; mean, 5.55 ± 3.85%). Tumors with abundant myofibroblasts were associated with shorter disease-free survival rate (P = 0.001) for stage II and III colorectal cancer. Multivariate analysis indicated that α-smooth muscle actin was a significant prognostic factor comparable with lymph node metastasis and superior to other tumor and stromal components, including histology of the tumor invasive front, peritumoral lymphocytic infiltration, and Crohn's-like lymphoid reaction. Moreover, colorectal cancers with synchronous liver metastasis generally displayed an active desmoplastic reaction, which was retained in the metastatic lesion to a similar extent. Conclusions: The results suggest that the abundance of myofibroblasts in cancer-associated stroma may be a useful indicator of disease recurrence after curative colorectal cancer surgery.

Aureobasidium pullulans is a black-yeast-like fungus used for production of the polysaccharide pullulan and the antimycotic aureobasidin A, and as a biocontrol agent in agriculture. It can cause opportunistic human infections, and it inhabits various extreme environments. To promote the understanding of these traits, we performed de-novo genome sequencing of the four varieties of A. pullulans.

Summary In coronaviridae such as SARS-CoV-2, subgenomic RNAs (sgRNA) are replicative intermediates, therefore, their abundance and structures could infer viral replication activity and severity of host infection. Here, we systematically characterized the sgRNA expression and their structural variation in 81 clinical specimens collected from symptomatic and asymptomatic individuals with a goal of assessing viral genomic signatures of disease severity. We demonstrated the highly coordinated and consistent expression of sgRNAs from individuals with robust infections that results in symptoms, and found their expression is significantly repressed in the asymptomatic infections, indicating that the ratio of sgRNAs to genomic RNA (sgRNA/gRNA) is highly correlated with the severity of the disease. Using long read sequencing technologies to characterize full-length sgRNA structures, we also observed widespread deletions in viral RNAs, and identified unique sets of deletions preferentially found primarily in symptomatic individuals, with many likely to confer changes in SARS-CoV-2 virulence and host responses. Furthermore, based on the sgRNA structures, the frequently occurred structural variants in SARS-CoV-2 genomes serves as a mechanism to further induce SARS-CoV-2 proteome complexity. Taken together, our results show that differential sgRNA expression and structural mutational burden both appear to be correlated with the clinical severity of SARS-CoV-2 infection. Longitudinally monitoring sgRNA expression and structural diversity could further guide treatment responses, testing strategies, and vaccine development.

ABSTRACT Glioma intratumoral heterogeneity enables adaptation to challenging microenvironments and contributes to universal therapeutic resistance. Here, we integrated 914 single-cell DNA methylomes, 55,284 single-cell transcriptomes, and bulk multi-omic profiles across 11 adult IDH-mutant or IDH-wild-type gliomas to delineate sources of intratumoral heterogeneity. We found that local DNA methylation instability, or epimutation burden, was elevated in more aggressive tumors, reflected intratumoral variability, linked with transcriptional disruption, and associated with environmental stress response. We show that the activation of cell-state specific transcription factors is impacted by epimutations and that loosened epigenetic control may facilitate cellular plasticity. Our analyses support that somatic copy number alterations (SCNAs) promote epigenetic instability and that SCNAs largely precede epigenetic and transcriptomic diversification during glioma evolution. We confirmed the link between genetic and epigenetic instability by analyzing larger cohorts of bulk longitudinally collected and spatially separated DNA methylation data. Increased DNA methylation instability was associated with accelerated disease progression, and recurrently selected DNA methylation changes were enriched for environmental stress response pathways. Our work provides an integrative framework to better understand glioma evolution and highlights the importance of epigenetic heterogeneity in shaping therapeutic response.