Abstract The karyotype of most birds has remained considerably stable during more than 100 million years’ evolution, except for some groups, such as parrots. The evolutionary processes and underlying genetic mechanism of chromosomal rearrangements in parrots, however, are poorly understood. Here, using chromosome-level assemblies of three parrot genomes (monk parakeet, blue-fronted amazon, budgerigar), we uncovered frequent chromosome fusions and fissions among parrots, with most of them being lineage-specific. In particular, at least 12 chromosomes recurrently experienced inter-chromosomal fusions in different parrot lineages. Two conserved vertebrate genes, ALC1 and PARP3, with known functions in the repair of double-strand breaks and maintenance of genome stability, were specifically lost in parrots. The loss of ALC1 was associated with multiple deletions and an accumulation of CR1-psi, a novel subfamily of transposable elements (TEs) that recently amplified in parrots, while the loss of PARP3 was associated with an inversion. Additionally, the fusion of the ZW sex chromosomes and chromosome 11 has created a pair of neo-sex chromosomes in the ancestor of parrots, and the chromosome 25 has been further added to the sex chromosomes in monk parakeet. The newly formed neo-sex chromosomes were validated by our chromosomal painting, genomic and phylogenetic analyses. Transcriptome profiling for multiple tissues of males and females did not reveal signals of female-specific selection driving the formation of neo-sex chromosomes. Finally, we identified one W-specific satellite repeat that contributed to the unusual enlargement of the W chromosome in monk parakeet. Together, the combination of our genomic and cytogenetic analyses highlight the role of TEs and genetic drift in promoting chromosome rearrangements, gene loss and the evolution of neo-sex chromosome in parrots.

Chondrichthyes is an important lineage to reconstruct the evolutionary history of vertebrates. Here, we analyzed genome synteny for six chondrichthyan chromosome-level genomes. Our comparative analysis reveals a slow evolutionary rate of chromosomal changes, with infrequent but independent fusions observed in sharks, skates, and chimaeras. The chondrichthyan common ancestor had a proto-vertebrate-like karyotype, including the presence of 18 microchromosome pairs. The X chromosome is a conversed microchromosome shared by all sharks, suggesting a likely common origin of the sex chromosome at least 181 million years ago. We characterized the Y chromosomes of two sharks that are highly differentiated from the X except for a small young evolutionary stratum and a small pseudoautosomal region. We found that shark sex chromosomes lack global dosage compensation but that dosage-sensitive genes are locally compensated. Our study on shark chromosome evolution enhances our understanding of shark sex chromosomes and vertebrate chromosome evolution.

This study aimed to explore the heterogeneity and gene ontology of Wnt1-Cre-marked and Pax2-Cre-marked first branchial arch cranial neural crest cells (CNCs) in mice.

The phylum chordata are composed of three groups: vertebrata, tunicate and cephalochordata. Single cell developmental atlas for typical species in vertebrata (mouse, zebrafish, western frog, worm) and tunicate (sea squirts) has been constructed recently. However, the single cell resolution atlas for lancelet, a living proxy of vertebrate ancestors, has not been achieved yet. Here, we profiled more than 57 thousand cells during the development of florida lancelet ( Branchiostoma floridae ), covering important processes including embryogenesis, organogenesis and metamorphosis. We identified stage and cluster specific regulatory elements. Additionally, we revealed the regulatory codes underlying functional specification and lineage commitment. Based on epigenetic features, we constructed the developmental trajectory for lancelet, elucidating how cell fates were established progressively. Overall, our study provides, by far, the first single cell regulatory landscape of amphioxus, which could help us to understand the heterogeneity and complexity of lancet development at single cell resolution and throw light upon the great transition from simple chordate ancestor to modern vertebrates with amazing diversity and endless forms.

Abstract The sinoatrial node (SAN) is the primary pacemaker in the heart. During cardiogenesis, Shox2 and Nkx2-5 are co-expressed in the junction domain of the SAN and regulate pacemaker cell fate through a Shox2-Nkx2-5 antagonism. Cx40 is a marker of working myocardium and an Nkx2-5 transcriptional output antagonized by Shox2, but the underlying regulatory mechanisms remain elusive. Here we characterized a bona fide myocardial-specific Gja5 (coding gene of Cx40) distal enhancer consisting of a pair of Nkx2-5 and Shox2 co-bound elements in the regulatory region of Gja5 . Transgenic reporter assays revealed that neither element alone, but the conjugation of both elements together, drives myocardial-specific transcription. Genetic analyses confirmed that the activation of this enhancer depends on Nkx2-5 but is inhibited by Shox2 in vivo , and its presence is essential for Gja5 expression in the myocardium but not the endothelial cells of the heart. Furthermore, chromatin conformation analysis showed an Nkx2-5-dependent loop formation between these two elements and the Gja5 promoter in vivo , indicating that Nkx2-5 bridges the conjugated activation of this enhancer by pairing the two elements to the Gja5 promoter.

Abstract Isochrysis galbana is considered an ideal bait for functional foods and nutraceuticals in humans because of its high fucoxanthin (Fx) content. However, multi-omics analysis of the regulation networks for Fx biosynthesis in I. galbana has not been reported. In this study, we report a high-quality genome sequence of I. galbana LG007, which has a 92.73 Mb genome size, with a contig N50 of 6.99 Mb and 14,900 protein-coding genes. Phylogenomic inferences confirmed the monophyly of Haptophyta, with I. galbana sister to Emiliania huxleyi and Chrysochromulina tobinii . Evolutionary analysis revealed an estimated divergence time between I. galbana and E. huxleyi of ~ 133 million years ago (Mya). Gene family analysis indicated that lipid metabolism-related genes exhibited significant expansion, including IgPLMT, IgOAR1 and Δ-4 desaturase. Metabolome analysis showed that the content of carotenoid in I. galbana cultured under green light for 7 days was higher than that of white light, and β-carotene was the main carotenoids, accounting for 79.09% of the total carotenoids. Comprehensive analysis of multi-omics analysis revealed that β-carotene, antheraxanthin, zeaxanthin, and Fx content was increased by green light induction, which was significantly correlated with the expression of IgMYB98, IgZDS, IgPDS, IgLHCX2, IgZEP, IgLCYb, and IgNSY . These findings contribute to understanding Fx biosynthesis and its regulation, providing a valuable reference for food and pharmaceutical applications.

Review Metabolomics in Cardiovascular Diseases Shan Lu 1,†, Zisheng Huang 2,†, Baitao Liu 3, and Yan Zhang 1,* 1 Institute of Cardiovascular Sciences and Key Laboratory of Molecular Cardiovascular Sciences, School of Basic Medical Sciences, Ministry of Education, Peking University Health Science Center, Beijing 100871, China 2 School of Basic Medical Sciences, Peking University, Beijing 100871, China 3 Aerospace School of Clinical Medicine, Peking University, Beijing 100871, China † These authors contributed equally to this work. * Correspondence: zhangyan9876@pku.edu.cn Received: 10 July 2023; Revised: 25 September 2024; Accepted: 26 September 2024; Published: 25 October 2024 Abstract: Cardiovascular diseases (CVDs) are the leading cause of death worldwide, and disorders of cardiac energy metabolism are the main contributors to many cardiovascular pathologies. Metabolomics is a science that examines the types and amounts of metabolites and the patterns of change in biological systems after stimulation or perturbation. Metabolites are widely distributed in the body and have universal regulatory effects on a wide range of physiological activities. Metabolism is at the end of the regulation of life activities, so metabolomics is closer to phenotypes than genomics and transcriptom-ics, and can reflect the state of biological systems more accurately. Metabolomics, a cross-cutting dis-cipline emerging in the post-genomics era, has rapidly penetrated into many fields of medicine, im-proves understanding of complex diseases and generates more new discoveries and hypotheses. Therefore, metabolomics helps detect metabolic changes in the course of CVDs, search for biomarkers, and further study the pathogenesis of CVDs. In this review, we intend to comprehensively summarize the principles, classification and applications in CVDs of metabolomics.

Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease characterized by progressive loss of dopaminergic neurons. PD pathogenesis has been largely investigated, but either restricted in bulk level or certain cell type, which hinders the exploration of intercellular interplays. To overcome this, we applied single-nucleus RNA-seq and single cell ATAC-seq on cerebellum, midbrain and striatum of PD mouse and matched control. With 74,493 cells in total, we comprehensively depicted the dysfunctions under PD pathology covering proteostasis, neuroinflammation, calcium homeostasis and extracellular neurotransmitter homeostasis. Besides, by multi-omics approach, we identified putative biomarkers for early stage of PD, based on the relationships between transcriptomic and epigenetic profiles. We located certain cell types that primarily contribute to PD early pathology, narrowing the gap between genotypes and phenotypes. Taken together, our study provides a valuable resource to dissect the molecular mechanism of PD pathogenesis at single cell level, which could facilitate the development of novel methods regarding diagnosis, monitoring and practical therapies against PD at early stage.

Abstract The Hippo pathway is commonly altered in cancer initiation and progression; however, exactly how this pathway becomes dysregulated to promote human cancer development remains unclear. Here we analyze the Hippo somatic mutations in the human cancer genome and functionally annotate their roles in targeting the Hippo pathway. We identify a total of 85 loss-of-function (LOF) missense mutations for Hippo pathway genes and elucidate their underlying mechanisms. Interestingly, we reveal zinc-finger domain as an integral structure for MOB1 function, whose LOF mutations in head and neck cancer promote tumor growth. Moreover, the schwannoma/meningioma-derived NF2 LOF mutations not only inhibit its tumor suppressive function in the Hippo pathway, but also gain an oncogenic role for NF2 by activating the VANGL-JNK pathway. Collectively, our study not only offers a rich somatic mutation resource for investigating the Hippo pathway in human cancers, but also provides a molecular basis for Hippo-based cancer therapy.