We describe the landscape of somatic genomic alterations of 66 chromophobe renal cell carcinomas (ChRCCs) on the basis of multidimensional and comprehensive characterization, including mtDNA and whole-genome sequencing. The result is consistent that ChRCC originates from the distal nephron compared with other kidney cancers with more proximal origins. Combined mtDNA and gene expression analysis implicates changes in mitochondrial function as a component of the disease biology, while suggesting alternative roles for mtDNA mutations in cancers relying on oxidative phosphorylation. Genomic rearrangements lead to recurrent structural breakpoints within TERT promoter region, which correlates with highly elevated TERT expression and manifestation of kataegis, representing a mechanism of TERT upregulation in cancer distinct from previously observed amplifications and point mutations.

The duplication of genes can occur through various mechanisms and is thought to make a major contribution to the evolutionary diversification of organisms. There is increasing evidence for a large-scale duplication of genes in some chelicerate lineages including two rounds of whole genome duplication (WGD) in horseshoe crabs. To investigate this further, we sequenced and analyzed the genome of the common house spider Parasteatoda tepidariorum. We found pervasive duplication of both coding and non-coding genes in this spider, including two clusters of Hox genes. Analysis of synteny conservation across the P. tepidariorum genome suggests that there has been an ancient WGD in spiders. Comparison with the genomes of other chelicerates, including that of the newly sequenced bark scorpion Centruroides sculpturatus, suggests that this event occurred in the common ancestor of spiders and scorpions, and is probably independent of the WGDs in horseshoe crabs. Furthermore, characterization of the sequence and expression of the Hox paralogs in P. tepidariorum suggests that many have been subject to neo-functionalization and/or sub-functionalization since their duplication. Our results reveal that spiders and scorpions are likely the descendants of a polyploid ancestor that lived more than 450 MYA. Given the extensive morphological diversity and ecological adaptations found among these animals, rivaling those of vertebrates, our study of the ancient WGD event in Arachnopulmonata provides a new comparative platform to explore common and divergent evolutionary outcomes of polyploidization events across eukaryotes.

Abstract The newly emerged and rapidly spreading SARS-CoV-2 causes coronavirus disease 2019 (COVID-19). To facilitate a deeper understanding of the viral biology we developed a capture sequencing methodology to generate SARS-CoV-2 genomic and transcriptome sequences from infected patients. We utilized an oligonucleotide probe-set representing the full-length genome to obtain both genomic and transcriptome (subgenomic open reading frames [ORFs]) sequences from 45 SARS-CoV-2 clinical samples with varying viral titers. For samples with higher viral loads (cycle threshold value under 33, based on the CDC qPCR assay) complete genomes were generated. Analysis of junction reads revealed regions of differential transcriptional activity and provided evidence of expression of ORF10. Heterogeneous allelic frequencies along the 20kb ORF1ab gene suggested the presence of a defective interfering viral RNA species subpopulation in one sample. The associated workflow is straightforward, and hybridization-based capture offers an effective and scalable approach for sequencing SARS-CoV-2 from patient samples.

Abstract Background Arthropods comprise the largest and most diverse phylum on Earth and play vital roles in nearly every ecosystem. Their diversity stems in part from variations on a conserved body plan, resulting from and recorded in adaptive changes in the genome. Dissection of the genomic record of sequence change enables broad questions regarding genome evolution to be addressed, even across hyper-diverse taxa within arthropods. Results Using 76 whole genome sequences representing 21 orders spanning more than 500 million years of arthropod evolution, we document changes in gene and protein domain content and provide temporal and phylogenetic context for interpreting these innovations. We identify many novel gene families that arose early in the evolution of arthropods and during the diversification of insects into modern orders. We reveal unexpected variation in patterns of DNA methylation across arthropods and examples of gene family and protein domain evolution coincident with the appearance of notable phenotypic and physiological adaptations such as flight, metamorphosis, sociality and chemoperception. Conclusions These analyses demonstrate how large-scale comparative genomics can provide broad new insights into the genotype to phenotype map and generate testable hypotheses about the evolution of animal diversity.

Around 150 million years ago, eusocial termites evolved from within the cockroaches, 50 million years before eusocial Hymenoptera, such as bees and ants, appeared. Here, we report the first, 2GB genome of a cockroach, Blattella germanica, and the 1.3GB genome of the drywood termite, Cryptotermes secundus. We show evolutionary signatures of termite eusociality by comparing the genomes and transcriptomes of three termites and the cockroach against the background of 16 other eusocial and non-eusocial insects. Dramatic adaptive changes in genes underlying the production and perception of pheromones confirm the importance of chemical communication in the termites. These are accompanied by major changes in gene regulation and the molecular evolution of caste determination. Many of these results parallel molecular mechanisms of eusocial evolution in Hymenoptera. However, the specific solutions are remarkably different, thus revealing a striking case of convergence in one of the major evolutionary transitions in biological complexity.

The semi-aquatic bugs conquered water surfaces worldwide and occupy ponds, streams, lakes, mangroves, and even open oceans. As such, they inspired a range of scientific studies from ecology and evolution to developmental genetics and hydrodynamics of fluid locomotion. However, the lack of a representative water strider genome hinders thorough investigations of the mechanisms underlying the processes of adaptation and diversification in this group. Here we report the sequencing and manual annotation of the Gerris buenoi (G. buenoi) genome, the first water strider genome to be sequenced so far. G. buenoi genome is about 1 000Mb and the sequencing effort recovered 20 949 predicted protein-coding genes. Manual annotation uncovered a number of local (tandem and proximal) gene duplications and expansions of gene families known for their importance in a variety of processes associated with morphological and physiological adaptations to water surface lifestyle. These expansions affect key processes such as growth, vision, desiccation resistance, detoxification, olfaction and epigenetic components. Strikingly, the G. buenoi genome contains three Insulin Receptors, a unique case among metazoans, suggesting key changes in the rewiring and function of the insulin pathway. Other genomic changes include wavelength sensitivity shifts in opsin proteins likely in association with the requirements of vision in water habitats. Our findings suggest that local gene duplications might have had an important role during the evolution of water striders. These findings along with the G. buenoi genome open exciting research opportunities to understand adaptation and genome evolution of this unique hemimetabolous insect.

The duplication of genes can occur through various mechanisms and is thought to make a major contribution to the evolutionary diversification of organisms. There is increasing evidence for a large-scale duplication of genes in some chelicerate lineages including two rounds of whole genome duplication (WGD) in horseshoe crabs. To investigate this further we sequenced and analyzed the genome of the common house spider Parasteatoda tepidariorum. We found pervasive duplication of both coding and non-coding genes in this spider, including two clusters of Hox genes. Analysis of synteny conservation across the P. tepidariorum genome suggests that there has been an ancient WGD in spiders. Comparison with the genomes of other chelicerates, including that of the newly sequenced bark scorpion Centruroides sculpturatus, suggests that this event occurred in the common ancestor of spiders and scorpions and is probably independent of the WGDs in horseshoe crabs. Furthermore, characterization of the sequence and expression of the Hox paralogs in P. tepidariorum suggests that many have been subject to neofunctionalization and/or subfunctionalization since their duplication, and therefore may have contributed to the diversification of spiders and other pulmonate arachnids.

Background : The western flower thrips, Frankliniella occidentalis (Pergande), is a globally invasive pest and plant virus vector on a wide array of food, fiber and ornamental crops. While there are numerous studies centered on thrips pest and vector biology, feeding behaviors, ecology, and insecticide resistance, the underlying genetic mechanisms of the processes governing these areas of research are largely unknown. To address this gap, we present the F. occidentalis draft genome assembly and official gene set. Results : We report on the first genome sequence for any member of the insect order Thysanoptera. Benchmarking Universal Single-Copy Ortholog (BUSCO) assessments of the genome assembly (size = 415.8 Mb, scaffold N50 = 948.9 Kb) revealed a relatively complete and well-annotated assembly in comparison to other insect genomes. The genome is unusually GC-rich (50%) compared to other insect genomes to date. The official gene set (OGS v1.0) contains 16,859 genes, of which ~10% were manually verified and corrected by our consortium. We focused on manual annotation, phylogenetic and expression evidence analyses for gene sets centered on primary themes in the life histories and activities of plant-colonizing insects. Highlights include: 1) divergent clades and large expansions in genes associated with environmental sensing (chemosensory receptors) and detoxification (CYP4, CYP6 and CCE enzymes) of substances encountered in agricultural environments; 2) a comprehensive set of salivary gland-associated genes supported by enriched expression; 3) apparent absence of members of the IMD innate immune defense pathway; and 4) developmental- and sex-specific expression analyses of genes associated with progression from larvae to adulthood through neometaboly, a distinct form of maturation compared to complete metamorphosis in the Holometabola. Conclusions : Analysis of the F. occidentalis genome offers insights into the polyphagous behavior of this insect pest to find, colonize and survive on a widely diverse array of plants. The genomic resources presented here enable a more complete analysis of insect evolution and biology, providing a missing taxon for contemporary insect genomics-based analyses. Our study also offers a genomic benchmark for molecular and evolutionary investigations of other thysanopteran species.

Abstract The newly emerged and rapidly spreading SARS-CoV-2 causes coronavirus disease 2019 (COVID-19). To facilitate a deeper understanding of the viral biology we developed a capture sequencing methodology to generate SARS-CoV-2 genomic and transcriptome sequences from infected patients. We utilized an oligonucleotide probe-set representing the full-length genome to obtain both genomic and transcriptome (subgenomic open reading frames [ORFs]) sequences from 45 SARS-CoV-2 clinical samples with varying viral titers. For samples with higher viral loads (cycle threshold value under 33, based on the CDC qPCR assay) complete genomes were generated. Analysis of junction reads revealed regions of differential transcriptional activity and provided evidence of expression of ORF10. Heterogeneous allelic frequencies along the 20kb ORF1ab gene suggested the presence of a defective interfering viral RNA species subpopulation in one sample. The associated workflow is straightforward, and hybridization-based capture offers an effective and scalable approach for sequencing SARS-CoV-2 from patient samples.

Background: The Hemiptera (aphids, cicadas, and true bugs) are a key insect order whose members offer a close outgroup to the Holometabola, with high diversity within the order for feeding ecology and excellent experimental tractability for molecular genetics. Sequenced genomes have recently become available for hemipteran pest species such as phloem-feeding aphids and blood-feeding bed bugs. To complement and build upon these resources, we present the genome sequence and comparative analyses centered on the large milkweed bug, Oncopeltus fasciatus, a seed feeder of the family Lygaeidae. Results: The 926-Mb genome of Oncopeltus is relatively well represented by the current assembly and official gene set, which supports Oncopeltus as a fairly conservative hemipteran species for anchoring molecular comparisons. We use our genomic and RNA-seq data not only to characterize features of the protein-coding gene repertoire and perform isoform-specific RNAi, but also to elucidate patterns of molecular evolution and physiology. We find ongoing, lineage-specific expansion and diversification of repressive C2H2 zinc finger proteins and of intron gain and turnover in the Hemiptera. These analyses also weigh the relative importance of lineage and genome size as predictors of gene structure evolution in insects. Furthermore, we identify enzymatic gains and losses that correlate with hemipteran feeding biology, particularly for reductions in chemoreceptor family size and loss of metabolic reactions within species with derived, fluid-nutrition feeding modes. Conclusions: With the milkweed bug genome, for the first time we have a critical mass of sequenced species representing a hemimetabolous insect order, substantially improving the diversity of insect genomics beyond holometabolans such as flies and ants. We use this addition to define commonalities among the Hemiptera and then delve into how hemipteran species' genomes reflect their feeding ecology types. Our novel and detailed analyses integrate global and rigorous manual approaches, generating hypotheses and identifying specific sets of genes for future investigation. Given Oncopeltus's strength as an experimental research model, we take particular care to evaluate the sequence resources presented here, augmenting its foundation for molecular research and highlighting potentially general considerations exemplified in the assembly and annotation of this medium-sized genome.