Abstract Expression quantitative trait loci (eQTL) provide a powerful means of investigating the biological basis of genome-wide association study (GWAS) results and exploring complex traits or phenotypes. In addition to identifying the causal gene in cis , eQTL analysis also reveals a large number of trans-regulated genes located on different chromosomes, which form a gene regulatory network (GRN) that complements the GWAS locus. However, the dissection of a GRN and the crosstalk underlying multiple agronomical traits, along with prioritizing important genes in eQTL-derived GRNs, remains a major challenge. In this study, we generated 558 transcriptional profiles of lint-bearing ovules at one day post-anthesis (DPA) from a selective core cotton germplasm, from which we identified 12,207 eQTLs. By integrating with a GWAS catalog, we found that 66 out of 187 (35.29%) known phenotypic GWAS loci are colocalized with 1,090 eQTLs, forming 38 major functional GRNs predominantly (30 out of 38) associated with seed size-related phenotypes. Of the eGenes, 34 were shared between at least two functional GRNs, exhibiting pleiotropic effects, such as NF-YB3 , GRDP1 , and IDD7 . Narrow-sense heritability analysis showed that the heritability increased with combining the eQTLs with GRNs compared to those with previous yield trait GWAS loci. The extreme gradient boosting (XGBoost) machine learning approach was then applied to predict seed cotton yield phenotypes based on gene expression. Top-ranking eGenes ( NF-YB3 , FLA2 , and GRDP1 ) derived by XGBoost with pleiotropic effects on yield traits were validated, along with their potential roles by correlation analysis, domestication selection analysis, and transgenic plants. This study provides insights into the mining of GRNs in relation to the pleiotropy of phenotype. The combination of eQTL and machine learning approaches is efficient in improving the genetic dissection of agricultural traits.

Optical metasurfaces can manipulate electromagnetic waves in unprecedented ways at ultra-thin engineered interfaces. Specifically, in the mid-infrared (mid-IR) region, metasurfaces have enabled numerous biochemical sensing, spectroscopy, and vibrational strong coupling (VSC) applications via enhanced light-matter interactions in resonant cavities. However, mid-IR metasurfaces are usually fabricated on solid supporting substrates, which degrade resonance quality factors (Q) and hinder efficient sample access to the near-field electromagnetic hotspots. Besides, typical IR-transparent substrate materials with low refractive indices, such as CaF2, NaCl, KBr, and ZnSe, are usually either water-soluble, expensive, or not compatible with low-cost mass manufacturing processes. Here, we present novel free-standing Si-membrane mid-IR metasurfaces with strong light-trapping capabilities in accessible air voids. We employ the Brillouin zone folding technique to excite tunable, high-Q quasi-bound states in the continuum (qBIC) resonances with our highest measured Q-factor of 722. Leveraging the strong field localizations in accessible air cavities, we demonstrate VSC with multiple quantities of PMMA molecules and the qBIC modes at various detuning frequencies. Our new approach of fabricating mid-IR metasurfaces into semiconductor membranes enables scalable manufacturing of mid-IR photonic devices and provides exciting opportunities for quantum-coherent light-matter interactions, biochemical sensing, and polaritonic chemistry. The authors introduce a mid-IR metasurface fabricated by decorating a free-standing Si-membrane with air holes. The enhanced light-matter interactions in such air cavities enable vibrational strong coupling and advanced biochemical sensing.

Abstract Polarimetric infrared (IR) detection bolsters IR thermography by leveraging the polarization of light. Optical anisotropy, i.e., birefringence and dichroism, can be leveraged to achieve polarimetric detection. Recently, giant optical anisotropy is discovered in quasi‐1D narrow‐bandgap hexagonal perovskite sulfides, A 1+ x TiS 3 , specifically BaTiS 3 and Sr 9/8 TiS 3 . In these materials, the critical role of atomic‐scale structure modulations in the unconventional electrical, optical, and thermal properties raises the broader question of the nature of other materials that belong to this family. To address this issue, for the first time, high‐quality single crystals of a largely unexplored member of the A 1+ x TiX 3 (X = S, Se) family, BaTiSe 3 are synthesized. Single‐crystal X‐ray diffraction determined the room‐temperature structure with the P 31 c space group, which is a superstructure of the earlier reported P 6 3 / mmc structure. The crystal structure of BaTiSe 3 features antiparallel c ‐axis displacements similar to but of lower symmetry than BaTiS 3 , verified by the polarization dependent Raman spectroscopy. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy is used to characterize the optical anisotropy of BaTiSe 3 , whose refractive index along the ordinary ( E ⊥ c ) and extraordinary ( E ‖ c ) optical axes is quantitatively determined by combining ellipsometry studies with FTIR. With a giant birefringence Δ n ∼ 0.9, BaTiSe 3 emerges as a new candidate for miniaturized birefringent optics for mid‐wave infrared to long‐wave infrared imaging.

We performed high-precision measurements of the mid-infrared (5–25 µm) optical properties of fused-silica glass, from room temperature to 600 °C, using variable-angle spectroscopic ellipsometry. We developed a technique that limits overfitting of ellipsometric data using the additional information available via the temperature-dependent measurements.