Here we analyse genetic variation, population structure and diversity among 3,010 diverse Asian cultivated rice (Oryza sativa L.) genomes from the 3,000 Rice Genomes Project. Our results are consistent with the five major groups previously recognized, but also suggest several unreported subpopulations that correlate with geographic location. We identified 29 million single nucleotide polymorphisms, 2.4 million small indels and over 90,000 structural variations that contribute to within- and between-population variation. Using pan-genome analyses, we identified more than 10,000 novel full-length protein-coding genes and a high number of presence–absence variations. The complex patterns of introgression observed in domestication genes are consistent with multiple independent rice domestication events. The public availability of data from the 3,000 Rice Genomes Project provides a resource for rice genomics research and breeding. Analyses of genetic variation and population structure based on over 3,000 cultivated rice (Oryza sativa) genomes reveal subpopulations that correlate with geographic location and patterns of introgression consistent with multiple rice domestication events.

Disease resistance and sexual reproductive development are generally considered as separate biological processes, regulated by different sets of genes. Here we show that xa13 , a recessive allele conferring disease resistance against bacterial blight, one of the most devastating rice diseases worldwide, plays a key role in both disease resistance and pollen development. The dominant allele, Xa13 , is required for both bacterial growth and pollen development. Promoter mutations in Xa13 cause down-regulation of expression during host–pathogen interaction, resulting in the fully recessive xa13 that confers race-specific resistance. The recessive xa13 allele represents a new type of plant disease resistance.

An indica pyramiding line, DK151, and its recurrent parent, IR64, were evaluated under drought stress and nonstress conditions for three consecutive seasons.DK151 showed significantly improved tolerance to drought.The DNA methylation changes in DK151 and IR64 under drought stress and subsequent recovery were assessed using methylation-sensitive amplified polymorphism analysis.Our results indicate that drought-induced genome-wide DNA methylation changes accounted for ;12.1% of the total site-specific methylation differences in the rice genome.This drought-induced DNA methylation pattern showed three interesting properties.The most important one was its genotypic specificity reflected by large differences in the detected DNA methylation/demethylation sites between DK151 and IR64, which result from introgressed genomic fragments in DK151.Second, most droughtinduced methylation/demethylation sites were of two major types distinguished by their reversibility, including 70% of the sites at which drought-induced epigenetic changes were reversed to their original status after recovery, and 29% of sites at which the drought-induced DNA demethylation/methylation changes remain even after recovery.Third, the drought-induced DNA methylation alteration showed a significant level of developmental and tissue specificity.Together, these properties are expected to have contributed greatly to rice response and adaptation to drought stress.Thus, induced epigenetic changes in rice genome can be considered as a very important regulatory mechanism for rice plants to adapt to drought and possibly other environmental stresses.

Abstract Background Rice is highly sensitive to drought, and the effect of drought may vary with the different genotypes and development stages. Genome-wide gene expression profiling was used as the initial point to dissect molecular genetic mechanism of this complex trait and provide valuable information for the improvement of drought tolerance in rice. Affymetrix rice genome array containing 48,564 japonica and 1,260 indica sequences was used to analyze the gene expression pattern of rice exposed to drought stress. The transcriptome from leaf, root, and young panicle at three developmental stages was comparatively analyzed combined with bioinformatics exploring drought stress related cis -elements. Results There were 5,284 genes detected to be differentially expressed under drought stress. Most of these genes were tissue- or stage-specific regulated by drought. The tissue-specific down-regulated genes showed distinct function categories as photosynthesis-related genes prevalent in leaf, and the genes involved in cell membrane biogenesis and cell wall modification over-presented in root and young panicle. In a drought environment, several genes, such as GA2ox, SAP15 , and Chitinase III , were regulated in a reciprocal way in two tissues at the same development stage. A total of 261 transcription factor genes were detected to be differentially regulated by drought stress. Most of them were also regulated in a tissue- or stage-specific manner. A cis -element containing special CGCG box was identified to over-present in the upstream of 55 common induced genes, and it may be very important for rice plants responding to drought environment. Conclusions Genome-wide gene expression profiling revealed that most of the drought differentially expressed genes (DEGs) were under temporal and spatial regulation, suggesting a crosstalk between various development cues and environmental stimuli. The identification of the differentially regulated DEGs, including TF genes and unique candidate cis -element for drought responsiveness, is a very useful resource for the functional dissection of the molecular mechanism in rice responding to environment stress.

Abstract In addition to the mutations on the spike protein (S), co-occurring mutations on nucleocapsid (N) protein are also emerging in SARS-CoV-2 world widely. Mutations R203K/G204R on N, carried by high transmissibility SARS-CoV-2 lineages including B.1.1.7 and P.1, has a rapid spread in the pandemic during the past year. In this study, we performed comprehensive population genomic analyses and virology experiment concerning on the evolution, causation and virology consequence of R203K/G204R mutations. The global incidence frequency (IF) of 203K/204R has rose up from nearly zero to 76% to date with a shrinking from August to November in 2020 but bounced later. Our results show that the emergence of B.1.1.7 is associated with the second growth of R203K/G204R mutants. We identified positive selection evidences that support the adaptiveness of 203K/204R variants. The R203K/G204R mutant virus was created and compared with the native virus. The virus competition experiments show that 203K/204R variants possess a replication advantage over the preceding R203/G204 variants, possibly in relation to the ribonucleocapsid (RNP) assemble during the virus replication. Moreover, the 203K/204R virus increased the infectivity in a human lung cell line and induced an enhanced damage to blood vessel of infected hamsters’ lungs. In consistence, we observed a positive association between the increased severity of COVID-19 and the IF of 203K/204R from in silicon analysis of global clinical and epidemic data. In combination with the informatics and virology experiment, our work suggested the contribution of 203K/204R to the increased transmission and virulence of the SARS-CoV-2. In addition to mutations on the S protein, the mutations on the N protein are also important to virus spread during the pandemic.

Abstract Previous work indicated that the nucleocapsid 203 mutation increase the virulence and transmission of the SARS-CoV-2 Alpha variant. However, Delta later outcompeted Alpha and other lineages, promoting a new wave of infections. Delta also possesses a nucleocapsid 203 mutation, R203M. Large-scale epidemiological analyses suggest a synergistic effect of the 203 mutation and the spike L452R mutation, associated with Delta expansion. Viral competition experiments demonstrate the synergistic effect in fitness and infectivity. More importantly, we found that the combination of R203M and L452R brings in a 3.2-fold decrease in neutralizing titers to the neutralizing serum relative to L452R-only virus. R203M/L452R show an increased fitness after the initiation of global vaccination programmes, possibly associated with the enhanced immune evasion. Another rapidly emerging variant Omicron also bears the 203 mutation. Thus, we proposed that nucleocapsid mutations play an essential role for the rise and predominance of variants in concern.

ABSTRACT There are two ecotypes, upland rice and irrigate rice, during its evolution in rice. Upland rice exhibits aerobic adaptive phenotype via its stronger root system and more rapid drought responses compared with its counterpart, irrigated rice. We assessed the functional variation and applications of the aerobic adaptive allele OsNCED2 T cloned from IRAT104 which is a cultivar of upland rice. OsNCED2 -overexpressing transgenic rice and OsNCED2 T -NILs exhibited significantly higher ABA contents at the seedling and reproductive stages, which can improve root development (RD) and drought tolerance (DT) to promote aerobic adaptation in upland rice. RNA-Seq-based expression profiling of transgenic versus wild-type rice identified OsNCED2- mediated pathways that regulate RD and DT. Meanwhile, OsNCED2 -overexpressing rice exhibited significantly increased reactive oxygen species (ROS)-scavenging abilities and transcription levels of many stress- and development-related genes, which regulate RD and DT. A SNP mutation (C to T) from irrigated rice to upland rice, caused the functional variation of OsNCED2 , and the enhanced RD and DT mediated by this site under aerobic conditions could promote higher yield of upland rice. These results show that OsNCED2 T , through ABA synthesis, positively modulates RD and DT which confers aerobic adaptation in upland rice and might serve as a novel gene for breeding aerobic adaptive or water-saving rice.

Abstract Coronavirus disease 2019 is a respiratory infectious disease caused by the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Evidence on the pathogenesis of SARS-CoV-2 is accumulating rapidly. In addition to structural proteins such as Spike and Envelope, the functional roles of non-structural and accessory proteins in regulating viral life cycle and host immune responses remain to be understood. Here, we show that open reading frame 8 (ORF8) acts as messenger for inter-cellular communication between alveolar epithelial cells and macrophages during SARS-CoV-2 infection. Mechanistically, ORF8 is a secretory protein that can be secreted by infected epithelial cells via both conventional and unconventional secretory pathways. The unconventionally secreted ORF8 recognizes the IL17RA receptor of macrophages and induces cytokine release. However, conventionally secreted ORF8 cannot bind to IL17RA due to N-linked glycosylation. Furthermore, we found that Yip1 interacting factor homolog B (YIF1B) is a channel protein that translocates unglycosylated ORF8 into vesicles for unconventional secretion. Blocking the unconventional secretion of ORF8 via a YIF1B knockout in hACE2 mice attenuates inflammation and yields delayed mortality following SARS-CoV-2 challenge.

Aging is a major risk factor for cognitive impairment. Aerobic exercise benefits brain function and may promote cognitive health in older adults. However, underlying biological mechanisms across cerebral gray and white matter are poorly understood. Selective vulnerability of the white matter to small vessel disease and a link between white matter health and cognitive function suggests a potential role for responses in deep cerebral microcirculation. Here, we tested whether aerobic exercise modulates cerebral microcirculatory changes induced by aging. To this end, we carried out a comprehensive quantitative examination of changes in cerebral microvascular physiology in cortical gray and subcortical white matter in mice (3-6 vs. 19-21 months old), and asked whether and how exercise may rescue age-induced deficits. In the sedentary group, aging caused a more severe decline in cerebral microvascular perfusion and oxygenation in deep (infragranular) cortical layers and subcortical white matter compared with superficial (supragranular) cortical layers. Five months of voluntary aerobic exercise partly renormalized microvascular perfusion and oxygenation in aged mice in a depth-dependent manner, and brought these spatial distributions closer to those of young adult sedentary mice. These microcirculatory effects were accompanied by an improvement in cognitive function. Our work demonstrates the selective vulnerability of the deep cortex and subcortical white matter to aging-induced decline in microcirculation, as well as the responsiveness of these regions to aerobic exercise.

Abstract Background Improving performance of rice under drought stress has potential to significant impact on rice productivity. Previously we reported that OsLG3 positively control rice grain length and yield. Results In this study, we found that OsLG3 was more strongly expressed in upland rice compared to lowland rice under drought stress condition. Candidate gene association analysis showed that the natural variation in OsLG3 was associated with tolerance to water deficit stress in germinating rice seeds. Transgenic rice with enhanced OsLG3 expression exhibited improved tolerance to drought and that is most likely due to enhanced ROS scavenging efficiency. Phylogenetic analysis and pedigree records indicated that the tolerant allele of OsLG3 has potential to improve drought tolerance of japonica rice. Conclusions Collectively, our work revealed that the natural variation of OsLG3 contributes to rice drought tolerance and the elite allele of OsLG3 is a promising genetic resource for the development of drought-tolerant and high-yield rice varieties.