Abstract Meiotic drivers are genetic loci that break Mendel’s law of segregation to be transmitted into more than half of the offspring produced by a heterozygote. The success of a driver relies on outcrossing because drivers gain their advantage in heterozygotes. It is, therefore, curious that Schizosaccharomyces pombe , a species reported to rarely outcross, harbors many meiotic drivers. To address this paradox, we measured mating phenotypes in S. pombe natural isolates. We found that the propensity to inbreed varies between natural isolates and can be affected both by cell density and by the available sexual partners. Additionally, we found that the observed level of inbreeding slows, but does not prevent, the spread of a wtf meiotic driver in the absence of additional fitness costs. These analyses reveal parameters critical to understanding the evolution of S. pombe and help explain the success of meiotic drivers in this species.

Epigenetic modifications provide powerful means for transmitting information from parent to progeny. As a maternally inherited genome that encodes essential components of the electron transport chain, the mitochondrial genome (mtDNA) is ideally positioned to serve as a conduit for the transgenerational transmission of metabolic information. Here, we provide evidence that mtDNA of C. elegans contains the epigenetic mark N6-methyldeoxyadenosine (6mA). Bioinformatic analysis of SMRT sequencing data and methylated DNA IP sequencing data reveal that C. elegans mtDNA is methylated at high levels in a site-specific manner. We further confirmed that mtDNA contains 6mA by leveraging highly specific anti-6mA antibodies. Additionally, we find that mtDNA methylation is dynamically regulated in response to antimycin, a mitochondrial stressor. Further, 6mA is increased in nmad-1 mutants and is accompanied by a significant decrease in mtDNA copy number. Our discovery paves the way for future studies to investigate the regulation and inheritance of mitochondrial epigenetics.

ABSTRACT The aspirin derivative salicylate selects against bacterial multidrug efflux pumps of Escherichia coli K-12 such as MdtEF-TolC and EmrAB-TolC, and acid stress regulators such as GadE. Salicylate uptake is driven by the transmembrane pH gradient (ΔpH) and the proton motive force (PMF) which drives many efflux pumps. We used flow cytometry to measure the fitness tradeoffs of salicylate, bile acids, and extreme low pH for E. coli cultured with pump deletants. The AcrAB-TolC efflux pump conferred a fitness advantage in the presence of bile acids, an efflux substrate. Without bile acids, AcrA incurred a small fitness cost. The fitness advantage with bile acids was eliminated by the PMF uncoupler CCCP. The Gad acid fitness island encodes components of MdtEF-TolC (an acid-adapted efflux pump) as well as acid regulator GadE. The fitness advantage of E. coli cocultured with a Gad deletant (Δ slp-gadX ) was lost in the presence of salicylate. Salicylate caused an even larger fitness cost for GadE. MdtE incurred negative or neutral fitness under all media conditions, as did EmrA. But when the competition cycle included two hours at pH 2, MdtE conferred a fitness advantage. The MdtE advantage required the presence of bile acids. Thus, the MdtEF-TolC pump is useful to E. coli for transient extreme acid exposure comparable to passage through the acidic stomach. Salicylate selects against some multidrug efflux pumps, whereas bile acids selects for them; and these fitness tradeoffs are amplified by extreme acid. IMPORTANCE Control of drug resistance in gut microbial communities is a compelling problem for human health. Growth of gut bacteria is limited by host-produced acids such as bile acids, and may be modulated by plant-derived acids such as salicylic acid. Membrane-soluble organic acids can control bacterial growth by disrupting membranes, decreasing cell pH, and depleting PMF. Our flow cytometry assay measures the fitness effects of exposure to membrane-soluble organic acids, with growth cycles that may include a period of extreme acid. We find that extreme-acid exposure leads to a fitness advantage for a multidrug pump, MdtEF-TolC, which otherwise incurs a large fitness cost. Thus, organic acids and stomach acid may play important roles in controlling multidrug resistance in the gut microbiome. Therapeutic acids might be developed to limit the prevalence of multidrug resistance pumps in environmental and host-associated communities.

Reproductive status, such as pregnancy and menopause in women, profoundly influences metabolism of the body. Mitochondria likely orchestrate many of these metabolic changes. However, the influence of reproductive status on somatic mitochondria and the underlying mechanisms remain largely unexplored. We demonstrate that reproductive signals modulate mitochondria in the Caenorhabditis elegans soma. We show that the germline acts via an RNA endonuclease, HOE-1, which despite its housekeeping role in tRNA maturation, selectively regulates the mitochondrial unfolded protein response (UPRmt). Mechanistically, we uncover a fatty acid metabolism pathway acting upstream of HOE-1 to convey germline status. Furthermore, we link vitamin B12's dietary intake to the germline's regulatory impact on HOE-1-driven UPRmt. Combined, our study uncovers a germline-somatic mitochondrial connection, reveals the underlying mechanism, and highlights the importance of micronutrients in modulating this connection. Our findings provide insights into the interplay between reproductive biology and metabolic regulation.

Histone modifications are critical for regulating chromatin structure and gene expression. Dysregulation of histone modifications likely contributes to disease states and cancer. Depletion of the chromatin-binding protein BRWD3, a known substrate-specificity factor of the Cul4-DDB1 E3 ubiquitin ligase complex, results in increased in H3K4me1 levels. The underlying mechanism linking BRWD3 and H3K4 methylation, however, has yet to be defined. Here, we show that depleting BRWD3 not only causes an increase in H3K4me1 levels, but also causes a decrease in H3K4me3 levels, indicating that BRWD3 influences H3K4 methylation more broadly. Using immunoprecipitation coupled to quantitative mass spectrometry, we identified an interaction between BRWD3 and the H3K4-specific demethylase 5 (KDM5/Lid), an enzyme that removes tri- and di- methyl marks from H3K4. Moreover, analysis of ChIP-seq data revealed that BRWD3 and KDM5 are significantly co- localized throughout the genome and that sites of H3K4me3 are highly enriched at BRWD3 binding sites. We show that BRWD3 promotes K48-linked polyubiquitination and degradation of KDM5 and that KDM5 degradation is dependent on both BRWD3 and Cul4. Critically, depleting KDM5 fully restores altered H3K4me3 levels and partially restores H3K4me1 levels upon BRWD3 depletion. Together, our results demonstrate that BRWD3 regulates KDM5 activity to balance H3K4 methylation levels.