Abstract Interspecific hybridization and allopolyploidization merges evolutionarily distinct parental genomes (subgenomes) into a single nucleus. A frequent observation is that one subgenome is “dominant” over the other subgenome, having a greater number of reatined duplicate genes and being more highly expressed. Which subgenome becomes dominantly expressed in allopolyploids remains poorly understood. Here we “replayed the evolutionary tape” with six isogenic resynthesized Brassica napus (rapeseed) allopolyploid lines and investigated subgenome dominance patterns over the first ten generations. We found that the same subgenome was consistently more dominantly expressed in all lines and generations. Furthermore, DNA methylation differences between subgenomes mirrored the observed gene expression bias towards the Brassica oleracea derived ‘C’ subgenome in all lines and generations. These differences in gene expression and methylation were also found when comparing the progenitor genomes, suggesting subgenome dominance is related to inherited parental genome differences rather than a byproduct of allopolyploidization. Gene network analyses indicated an enrichment for network interactions and several biological functions for ‘C’ subgenome biased pairs, but no enrichment was observed for ‘A’ subgenome biased pairs. These findings demonstrate that “replaying the evolutionary tape” in allopolyploids results in repeatable and predictable subgenome expression dominance patterns based on preexisting genetic differences among the parental species. These findings have major implications regarding the genotypic and phenotypic diversity observed following plant hybridization in both ecological and agricultural contexts.

Abstract Ploidy is the number of whole sets of chromosomes in a species. Ploidy is typically a stable cellular feature that is critical for survival. Polyploidization is a route recognized to increase gene dosage, improve fitness under stressful conditions and promote evolutionary diversity. However, the mechanism of regulation and maintenance of ploidy is not well characterized. Here, we examine the spontaneous diploidization associated with mutations in components of the Saccharomyces cerevisiae centrosome, known as the spindle pole body (SPB). Although SPB mutants are associated with defects in spindle formation, we show that two copies of the mutant in a haploid yeast favors diploidization in some cases, leading us to speculate that the increased gene dosage in diploids ‘rescues’ SPB duplication defects, allowing cells to successfully propagate with a stable diploid karyotype. This copy number-based rescue is linked to SPB scaling: certain SPB subcomplexes do not scale or only minimally scale with ploidy. We hypothesize that acquisition of lesions in structures with incompatible allometries such as the centrosome may drive changes such as whole genome duplication, which have shaped the evolutionary landscape of many eukaryotes. Author Summary Ploidy is the number of whole sets of chromosomes in a species. Most eukaryotes alternate between a diploid (two copy) and haploid (one copy) state during their life and sexual cycle. However, as part of normal human development, specific tissues increase their DNA content. This gain of entire sets of chromosomes is known as polyploidization, and it is observed in invertebrates, plants and fungi, as well. Polyploidy is thought to improve fitness under stressful conditions and promote evolutionary diversity, but how ploidy is determined is poorly understood. Here, we use budding yeast to investigate mechanisms underlying the ploidy of wild-type cells and specific mutants that affect the centrosome, a conserved structure involved in chromosome segregation during cell division. Our work suggests that different scaling relationships (allometry) between the genome and cellular structures underlies alterations in ploidy. Furthermore, mutations in cellular structures with incompatible allometric relationships with the genome may drive genomic changes such duplications, which are underly the evolution of many species including both yeasts and humans.

Good fertility was observed previously in hexaploid derived from hybrid (ACC) between calona “Zhongshuang 9” (Brassica napus, 2n = 38, AACC) and kale “SWU01” (B. oleracea var. acephala, 2n = 18, CC). However, the mechanism to underlying the character is unknown. In the present study, genetic and epigenetic alterations of S0, 6 S1, and 18 of their S2 progenies with hexaploid chromosome conformation (20A+36C) were selected to compare with ACC and their parental species. 13.08% and 26.45% polymorphism alleles different from two parental species were identified in ACC via 58 SSR (simple sequence repeats) and 14 MSAP (methylation sensitive amplified polymorphism), respectively. 33.74% new alleles in DNA methylation, but not in DNA sequence were detected in S0 after chromosome doubling of ACC. DNA profilling revealed a little genetic but much epigenetic differences among S0, S1 and S2 generations. Genetic alteration was relatively stable, because only 8.09% and 3.21% alleles inheriated from ACC were changed in S2 and S1, respectively. While on average of 52.44 plus or minus 5.32% DNA methylation site inherited from ACC were detected in S1, and 41.52 plus or minus 9.04% in S2 due to dramatic epigenetic variance among early generations. New DNA methylation sites occurred in S0 would inheritated into the successive generations, but the frequency was decreased because some new site might be recovered. It demonstrated that much DNA methylation but a little DNA sequence variance was occurred in hexaploid early generation.

The spread of antimicrobial resistance continues to be a priority health concern worldwide, necessitating exploration of alternative therapies. Cannabis sativa has long been known to contain antibacterial cannabinoids, but their potential to address antibiotic resistance has only been superficially investigated. Here, we show that cannabinoids exhibit antibacterial activity against MRSA, inhibit its ability to form biofilms and eradicate pre-formed biofilms and stationary phase cells persistent to antibiotics. We show that the mechanism of action of cannabigerol is through targeting the cytoplasmic membrane of Gram-positive bacteria and demonstrate in vivo efficacy of cannabigerol in a murine systemic infection model caused by MRSA. We also show that cannabinoids are effective against Gram-negative organisms whose outer membrane is permeabilized, where cannabigerol acts on the inner membrane. Finally, we demonstrate that cannabinoids work in combination with polymyxin B against multi-drug resistant Gram-negative pathogens, revealing the broad-spectrum therapeutic potential for cannabinoids.

Abstract Exposure of the Gram-negative pathogen Pseudomonas aeruginosa to sub-inhibitory concentrations of antibiotics increases formation of biofilms. We exploited this phenotype to identify molecules with potential antimicrobial activity in a biofilm-based high-throughput screen. The anti-inflammatory compound BAY 11-7082 induced dose-dependent biofilm stimulation, indicative of antibacterial activity. We confirmed that BAY 11-7082 inhibits growth of P. aeruginosa and other priority pathogens, including methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). We synthesized 27 structural analogues, including a series based on the related scaffold 3-(phenylsulfonyl)-2-pyrazinecarbonitrile (PSPC), 10 of which displayed increased anti- Staphylococcal activity. Because the parent molecule inhibits the NLR Family Pyrin Domain Containing 3 (NLRP3) inflammasome, we measured the ability of select analogues to reduce IL-1β production in mammalian macrophages, identifying minor differences in the structure-activity relationship for the anti-inflammatory and antibacterial properties of this scaffold. Although we could evolve stably resistant MRSA mutants with cross resistance to BAY 11-7082 and PSPC, their lack of shared mutations suggested that the two molecules could have multiple targets. Finally, we showed that BAY 11-7082 and its analogues potentiate the activity of penicillin G against MRSA, suggesting that this scaffold may serve as an interesting starting point for the development of antibiotic adjuvants.