Plants respond to increased CO2 concentrations through rapid stomatal closure which can contribute to increased water use efficiency. Grasses display faster stomatal responses than dicots due to dumbbell-shaped guard cells flanked by subsidiary cells working in opposition. However, forward genetic screening for stomatal CO2 signaling mutants in grasses has not been reported. The grass model Brachypodium distachyon is closely related to agronomically important cereal crops, sharing largely collinear genomes. To gain insights into CO2 control mechanisms of stomatal movements in grasses, we developed a forward genetics screen on an EMS-mutagenized Brachypodium distachyon M5 population using infrared imaging to identify plants with altered canopy leaf temperature at elevated CO2. A chill1 mutant was isolated, exhibiting consistently cooler leaf temperatures than wildtype control plants after exposure to increased [CO2]. chill1 plants showed strongly impaired high CO2-induced stomatal closure, despite retaining a robust response to abscisic acid. Through bulked segregant whole-genome-sequencing analyses and generation and characterization of CRISPR-cas9 mutants, chill1 was mapped to a protein kinase, BdMPK5. The chill1 mutation impaired bdmpk5 protein-mediated CO2/HCO3- sensing in-vitro consistent with AlphaFold2-directed structural modeling. BdMPK5 is a key signaling component involved in CO2-induced stomatal movements, potentially functioning as a component of the CO2 sensor in grasses.

Abstract Background Advanced maternal aging has become a worldwide public health issue that contributes to female fertility decline and significant risk to embryo development. Despite transcriptional and epigenetic alterations reported in oocyte maturation and development, the dynamics of gene expression and DNA dynamics associated with aging remain elusive. Here we generated simultaneous transcriptome and methylome profiles of mouse oocytes during aging and maturation at single-cell and single-base resolution to examine key biological processes and identify the key targets for novel treatment options. Results We report the dynamics in transcriptome and DNA methylome in mouse oocytes during maternal aging and oocyte maturation. Age-associated gene expression changes showed mitochondrial dysfunction in GV oocytes and defects of chromosome segregation and spindle assembly in MII oocytes. EIF2 signaling protein synthesis pathway was also impaired during aged oocyte maturation. Moreover, distinctive DNA methylation patterns were demonstrated during maternal aging in GV and MII oocytes. A positive correlation between gene expression and methylation in gene body was characterized. Furthermore, we identified several promising biomarkers, including IL-7, to assess oocyte quality, which are potential therapeutic targets for improve oocyte maturation. More importantly, we built the first mouse oocyte maturation and age prediction model using transcriptome data and validated its feasibility in published data. Conclusions This work provides a better understanding of molecular and cellular mechanisms during mouse oocyte aging, points a new direction of oocyte quality assessment, and paves the way for developing novel treatments to improve oocyte maturation and quality in the future.

Abstract Rearrangements involving the DUX4 gene ( DUX4- r) define a subtype of paediatric and adult acute lymphoblastic leukaemia (ALL) with a favourable outcome. Currently, there is no ‘standard of care’ diagnostic method for their confident identification. Here, we present an open-source software tool designed to detect DUX4 -r from short-read, whole-genome sequencing (WGS) data. Evaluation on a cohort of 210 paediatric ALL cases showed that our method detects all known, as well as previously unidentified, cases of IGH::DUX4 and rearrangements with other partner genes. These findings demonstrate the possibility of robustly detecting DUX4 -r using WGS in the routine clinical setting.