Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is highly contagious presenting a significant public health issue. Current therapies used to treat coronavirus disease 2019 (COVID-19) include monoclonal antibody cocktail, convalescent plasma, antivirals, immunomodulators, and anticoagulants, though the current therapeutic options remain limited and expensive. The vaccines from Pfizer and Moderna have recently been authorized for emergency use, which are invaluable for the prevention of SARS-CoV-2 infection. However, their long-term side effects are not yet to be documented, and populations with immunocompromised conditions (e.g., organ-transplantation and immunodeficient patients) may not be able to mount an effective immune response. In addition, there are concerns that wide-scale immunity to SARS-CoV-2 may introduce immune pressure that could select for escape mutants to the existing vaccines and monoclonal antibody therapies. Emerging evidence has shown that chimeric antigen receptor (CAR)- natural killer (NK) immunotherapy has potent antitumor response in hematologic cancers with minimal adverse effects in recent studies, however, the potentials of CAR-NK cells in preventing and treating severe cases of COVID-19 has not yet been fully exploited. Here, we improve upon a novel approach for the generation of CAR-NK cells for targeting SARS-CoV-2 and its D614G mutant. CAR-NK cells were generated using the scFv domain of S309 (henceforward, S309-CAR-NK), a SARS-CoV and SARS-CoV-2 neutralizing antibody that targets the highly conserved region of SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein, therefore would be more likely to recognize different variants of SARS-CoV-2 isolates. S309-CAR-NK cells can specifically bind to pseudotyped SARS-CoV-2 virus and its D614G mutant. Furthermore, S309-CAR-NK cells can specifically kill target cells expressing SARS-CoV-2 S protein in vitro and show superior killing activity and cytokine production, compared to that of the recently published CR3022-CAR-NK cells. Thus, these results pave the way for generating 'off-the-shelf' S309-CAR-NK cells for treatment in high-risk individuals as well as provide an alternative strategy for patients unresponsive to current vaccines.

ABSTRACT As the focus for CRISPR edited plants moves from proof-of-concept to real world applications, precise gene manipulation will increasingly require concurrent multiplex editing for polygenic traits. A common approach for editing across multiple sites is to design one gRNA per target; however, this complicates construct assembly and increases the possibility of off-target mutations. In this study, we utilized one gRNA to target MYB186 , a known positive trichome regulator, as well as its paralogs MYB138 and MYB38 at a consensus site for mutagenesis in Populus tremula × P. alba INRA 717-1B4. Unexpected duplications of MYB186 and MYB138 resulted in a total of eight alleles for the three targeted genes in the hybrid poplar. Deep sequencing and PCR analyses confirmed editing across all eight targets in nearly all of the resultant glabrous mutants, ranging from small indels to large genomic dropouts, with no off-target activity detected at four potential sites. This highlights the effectiveness of a single gRNA targeting conserved exonic regions for multiplex editing. Additionally, cuticular wax and whole leaf analyses showed a complete absence of triterpenes in the trichomeless mutants, hinting at a previously undescribed role for the non-glandular trichomes of poplar. ONE SENTENCE SUMMARY Targeting conserved sequences with a single gRNA allowed efficient mutagenesis of a multigene family and the recovery of trichomeless and triterpene-free poplar mutants.

Abstract Dioecy, the presence of separate sexes on distinct individuals, has evolved repeatedly in multiple plant lineages. However, the specific mechanisms through which sex systems evolve and their commonalities among plant species remain poorly understood. With both XY and ZW sex systems, the family Salicaceae provides a system to uncover the evolutionary forces driving sex chromosome turnovers. In this study, we performed a genome-wide association study to characterize sex determination in two Populus species, P. euphratica and P. alba . Our results reveal an XY system of sex determination on chromosome 14 of P. euphratica , and a ZW system on chromosome 19 of P. alba . We further assembled the corresponding sex determination regions, and found that their sex chromosome turnovers may be driven by the repeated translocations of a Helitron -like transposon. During the translocation, this factor may have captured partial or intact sequences that are orthologous to a type-A cytokinin response regulator gene. Based on results from this and other recently published studies, we hypothesize that this gene may act as a master regulator of sex determination for the entire family. We propose a general model to explain how the XY and ZW sex systems in this family can be determined by the same RR gene. Our study provides new insights into the diversification of incipient sex chromosome in flowering plants by showing how transposition and rearrangement of a single gene can control sex in both XY and ZW systems.

Abstract The isolation of high-quality RNA from kenaf is crucial for genetic and molecular biology studies. However, high levels of polysaccharide and polyphenol compounds in kenaf tissues could irreversibly bind to and coprecipitate with RNA, which complicates RNA extraction. In the present study, we proposed a simplified, time-saving and low-cost extraction method for isolating high quantities of high-quality RNA from several different kenaf tissues. RNA quality was measured for yield and purity, and the proposed protocol yielded high quantities of RNA (10.1-12.9 μg/g·FW). Spectrophotometric analysis showed that A 260 / 280 ratios of RNA samples were in the range of 2.11 to 2.13, and A 260 / 230 ratios were in the range of 2.04-2.24, indicating that the RNA samples were free of polyphenols, polysaccharides, and protein contaminants after isolation. The method of RNA extraction presented here was superior to the conventional CTAB method in terms of RNA isolation efficiency and was more sample-adaptable and cost-effective than commercial kits. Furthermore, to confirm downstream amenability, the high-quality RNA obtained from this method was successfully used for RT-PCR, real-time RT-PCR and Northern blot analysis. We provide an efficient and low-cost method for extracting high quantities of high-quality RNA from plants that are rich in polyphenols and polysaccharides, and this method was also validated for the isolation of high-quality RNA from other plants.

ABSTRACT Fine-scale meiotic recombination is fundamental to the outcome of natural and artificial selection. Here, dense genetic mapping and haplotype reconstruction were used to estimate recombination for a full factorial Populus trichocarpa cross of seven males and seven females. Genomes of the resulting 49 full-sib families (N=829 offspring) were re-sequenced, and high-fidelity biallelic SNP/INDELs and pedigree information were used to ascertain allelic phase and impute progeny genotypes to recover gametic haplotypes. The fourteen parental genetic maps contained 1820 SNP/INDELs on average that covered 376.7 Mb of physical length across 19 chromosomes. Comparison of parental and progeny haplotypes allowed fine-scale demarcation of cross-over (CO) regions, where 38,846 CO events in 1,658 gametes were observed. CO events were positively associated with gene density and negatively associated with GC content and long terminal repeats. One of the most striking findings was higher rates of COs in males in 8 out of 19 chromosomes. Regions with elevated male CO rates had lower gene density and GC content than windows showing no sex bias. High-resolution analysis identified 67 candidate CO hotspots spread throughout the genome. DNA sequence motifs enriched in these regions showed striking similarity to those of maize, Arabidopsis and wheat. These findings, and recombination estimates, will be useful for ongoing efforts to accelerate domestication of this and other biomass feedstocks, as well as future studies investigating broader questions related to evolutionary history, perennial development, phenology, wood formation, vegetative propagation, and dioecy that cannot be studied using annual plant model systems.

Summary Woody perennials including Populus spp. (poplars) have a juvenile phase that ranges from several years to decades in length. This and the year-long floral development process are major impediments to breeding and to fundamental research of reproductive traits. Here we report a CRISPR-empowered in vitro flowering system and demonstrate its application using three reproductive traits: sex, seed trichomes, and a previously undescribed potential for trimonoecy in poplar.

Background Sex chromosomes in a wide variety of species share common characteristics, including the presence of suppressed recombination surrounding sex determination loci. They have arisen independently in numerous lineages, providing a conclusive example of convergent evolution. Mammalian sex chromosomes contain multiple palindromic repeats across the non-recombining region that facilitate sequence conservation through gene conversion, and contain genes that are crucial for sexual reproduction. Plant sex chromosomes are less well understood, and in particular it is not clear how coding sequence conservation is maintained in the absence of homologous recombination.Results Here we present the first evidence of large palindromic structures in a plant sex chromosome, based on a highly contiguous assembly of the W chromosome of the dioecious shrub Salix purpurea . Two consecutive palindromes span over a region of 200 kb, with conspicuous 20 kb stretches of highly conserved sequences among the four arms. The closely-related species S. suchowensis also has two copies of a portion of the palindrome arm and provides strong evidence for gene conversion. Four genes in the palindrome are homologous to genes in the SDR of the closely-related genus Populus , which is located on a different chromosome. These genes show distinct, floral-biased expression patterns compared to paralogous copies on autosomes.Conclusion The presence of palindromic structures in sex chromosomes of mammals and plants highlights the intrinsic importance of these features in adaptive evolution in the absence of recombination. Convergent evolution is driving both the independent establishment of sex chromosomes as well as their fine-scale sequence structure.

Abstract Cytoplasmic male sterile (CMS) system has extensively been exploited for hybrid vigor in plant breeding programs. However, its application in many crops is limited due to poor understanding of molecular mechanism of fertility restoration. Using advanced analytical approaches, we elucidated molecular pathways regulating CMS induction and fertility restoration in cotton. Reproductive structures of a novel CMS (LD6A) and its maintainer (LD6B) line were analyzed for physiological and proteomic changes during the development process. Significant differential expression of proteins, such as Abrin, malate dehydrogenase, malic enzyme, isocitrate dehydrogenase, histone acetyltransferase was observed in CMS and its maintainer line. Transmission electron micrographs of anther tapetum showed that inner ridge of CMS mitochondria was relatively indistinct than that of LD6B with narrower membranous space at tetrad stage. Further, relatively higher reactive oxygen species were accumulated in the anther of CMS than its maintainer line at pollen mother cell and tetrad stage. We suggest that abnormal sequence of mitochondrial ribosome gene rps4 and rpl10 and high expression of ribosome-inactivating protein gene Abrin in CMS line damaged mitochondrial membrane and consequently induced pollen sterility. These data provide new insight into CMS mechanism in cotton crops and a tool to develop new CMS germplasm resources.

Plant cytoplasmic male sterility (CMS) being maternal phenomenon trait that result from pollen abortion and closely linked with mitochondrial DNA rearrangement in many crops including kenaf. However, the molecular mechanism in kenaf is poorly known. In present work, we described the mitochondrial genome in isonuclear CMS line UG93A and its maintainer line UG93B. Findings of the current study revealed that a total of 398 SNPs and 230 InDels were identified in UG93A mtDNA. Total of 26 SNPs variations and three InDels were identified in the coding region of atp6, indicating its active role in mitochondrial genome re-arrangement. Northern blot analysis showed that the transcripts of atp1, atp4, atp6, cox3 and sdh4 in F1 were consistent with UG93A but different for UG93B. The transcript of atp9 was found similar between UG93B and F1 while different for UG93A, which depict that atp9 may be regulated by nuclear genes in F1 hybrid. The expression of atp9 in UG93A was substantially lower compared with UG93B, suggesting its key role for energy supplying in microspore development of kenaf. Circularized RNA (CR)-RT-PCR revealed that mitochondrial RNAs with heterogeneous 5′- ends but uniform 3′- ends are common feature in kenaf mitochondrial genes, and the promoter architecture analysis showed that the promoter sequences in kenaf mitochondrial genome are highly diverged in comparison to those in other plants. Our data highlight that the translation of mitochondrial genes in kenaf is closely associated with heterogeneity of the 5′- end of plant mRNA. The present result provides the basic information in understanding the transcription of kenaf mitochondrial genome and can be used as reference in other plants.

Abstract Viral infection and hypocholesterolaemia are two independent risk factors for intracerebral haemorrhage (ICH), but the molecular mechanisms leading to vascular rupture via these risk factors remain unknown. We hypothesised that the enzyme cholesterol 25-hydroxylase (CH25H) and its metabolite 25-hydroxycholesterol (25HC), which modulates cholesterol metabolism during infection, may offer a mechanistic link between cholesterol dysregulation and infection during neurovascular dysfunction. We identified an upregulation of CH25H in infection-associated cerebral haemorrhage, in a SARS-CoV-2-induced zebrafish ICH model and foetal human SARS-CoV-2-associated cortical microbleeds. Using human brain endothelial cells and zebrafish ICH models, we show that 25HC promotes endothelial dysfunction and exacerbates brain bleeding. These effects involved cholesterol metabolism modulation, as cholesterol supplementation rescued these effects, while 25HC and statin treatments interacted to exacerbate dysfunction. We propose that the CH25H/25HC pathway represents an important component in the pathophysiology of brain vessel dysfunction associated with infection and cholesterol dysregulation in the context of ICH.