Copy number variation (CNV) is important and widespread in the genome, and is a major cause of disease and phenotypic diversity. Herein, we perform genome-wide CNV analysis in 12 diversified chicken genomes based on whole genome sequencing. A total of 9,025 CNV regions (CNVRs) covering 100.1 Mb and representing 9.6% of the chicken genome are identified, ranging in size from 1.1 to 268.8 kb with an average of 11.1 kb. Sequencing-based predictions are confirmed at high validation rate by two independent approaches, including array comparative genomic hybridization (aCGH) and quantitative PCR (qPCR). The Pearson?s correlation values between sequencing and aCGH results range from 0.395 to 0.740, and qPCR experiments reveal a positive validation rate of 91.71% and a false negative rate of 22.43%. In total, 2,188 predicted CNVRs (24.2%) span 2,182 RefSeq genes (36.8%) associated with specific biological functions. Besides two previously accepted copy number variable genes EDN3 and PRLR, we also find some promising genes with potential in phenotypic variants. FZD6 and LIMS1, two genes related to diseases susceptibility and resistance are covered by CNVRs. Highly duplicated SOCS2 may lead to higher bone mineral density. Entire or partial duplication of some genes like POPDC3 and LBFABP may have great economic importance in poultry breeding. Our results based on extensive genetic diversity provide the first individualized chicken CNV map and genome-wide gene copy number estimates and warrant future CNV association studies for important traits of chickens.

Mouse Embryonic Stem Cells (ESCs) grown in serum-supplemented conditions are characterized by an extremely short G1-phase due to the lack of G1-phase control. Concordantly, the G1-phase-specific P53-P21 pathway is compromised in serum ESCs. Here we provide evidence that P53 is activated upon transition of serum ESCs to their pluripotent ground state using serum-free 2i conditions and modulates G1-phase progression. Our data shows that the elongated G1-phase characteristic of ground state ESCs is dependent on P53. RNA-seq and ChIP-seq analyses reveal that P53 directly regulates the expression of the Retinoblastoma (RB) protein and that the hypo-phosphorylated, active RB protein plays a key role in G1-phase control. Our findings suggest that the P53-P21 pathway is active in ground state 2i ESCs and that its role in the G1-checkpoint is abolished in serum ESCs. Taken together, the data reveals a mechanism by which inactivation of P53 can lead to loss of RB and uncontrolled cell proliferation.

Summary Neutrophils are short-lived blood cells that play a critical role in host defense against infections. To better comprehend neutrophil functions and their regulation, we provide a complete epigenetic and functional overview of their differentiation stages from bone marrow-residing progenitors to mature circulating cells. Integration of epigenetic and transcriptome dynamics reveals an enforced regulation of differentiation, through cellular functions such as: release of proteases, respiratory burst, cell cycle regulation and apoptosis. We observe an early establishment of the cytotoxic capability, whilst the signaling components that activate antimicrobial mechanisms are transcribed at later stages, outside the bone marrow, thus preventing toxic effects in the bone marrow niche. Altogether, these data reveal how the developmental dynamics of the epigenetic landscape orchestrate the daily production of large number of neutrophils required for innate host defense and provide a comprehensive overview of the epigenomes of differentiating human neutrophils. Key points Dynamic acetylation enforces human neutrophil progenitor differentiation. Neutrophils cytotoxic capability is established early at the (pro)myelocyte stage. Coordinated signaling component expression prevents unwanted toxic effects to the bone marrow niche.

The transcription factor p63 regulates epidermal genes and the enhancer landscape in skin keratinocytes. Its molecular function in controlling the chromatin structure is however not yet completely understood. Here we integrated multi-omics profiles, including the transcriptome, transcription factor DNA-binding and chromatin accessibility, in skin keratinocytes isolated from EEC syndrome patients carrying p63 mutations to examine the role of p63 in shaping the chromatin architecture. We found decreased chromatin accessibility in p63- and CTCF-bound open chromatin regions that potentially contributed to gene deregulation in mutant keratinocytes. Cooperation of p63 and CTCF seemed to assist chromatin interactions between p63-bound enhancers and gene promoters in skin keratinocytes. Our study suggests an intriguing model where cell type-specific transcription factors such as p63 cooperate with the genome organizer CTCF in the three-dimensional chromatin space to regulate the transcription program important for the proper cell identity.

The inv(16) acute myeloid leukemia associated CBFβ-MYH11 fusion is proposed to block normal myeloid differentiation, but whether this subtype of leukemia cells is poised for a unique cell lineage remains unclear. Here, we surveyed the functional consequences of CBFβ-MYH11 in primary inv(16) patient blasts, upon expression during hematopoietic differentiation in vitro and upon knockdown in cell lines by multi-omics profiling. Our results reveal that primary inv(16) AML cells share common transcriptomic signatures and epigenetic determiners with megakaryocytes and erythrocytes. Using in vitro differentiation systems, we reveal that CBFβ-MYH11 knockdown interferes with normal megakaryocyte maturation. Two pivotal regulators, GATA2 and KLF1, are identified to complementally occupy RUNX1 binding sites upon fusion protein knockdown, and overexpression of GATA2 partly restores megakaryocyte directed differentiation suppressed by CBFβ-MYH11. Together, our findings suggest that in inv(16) leukemia, the CBFβ-MYH11 fusion inhibits primed megakaryopoiesis by attenuating expression of GATA2/KLF1 and interfering with a balanced transcriptional program involving these two factors.

Abstract Selection signatures that contribute to phenotypic diversity, especially morphogenesis in pigs, remain to be further elucidated. To reveal the regulatory role of genetic variations in phenotypic differences between Eastern and Western pig breeds, we performed a systematic analysis based on seven high-quality de novo assembled genomes, 1,081 resequencing data representing 78 domestic breeds, 162 methylomes, and 162 transcriptomes of skeletal muscle from Tongcheng (Eastern) and Landrace (Western) pigs at 27 developmental stages. Selective sweep uncovers different genetic architectures behind divergent selection directions for the Eastern and Western breeds. Notably, two loci showed functional alterations by almost fixed missense mutations. By integrating time-course transcriptome and methylome, we revealed differences in developmental timing during myogenesis between Eastern and Western breeds. Genetic variants under artificial selection have critical regulatory effects on progression patterns of heterochronic genes like GHSR and BDH1 , by the interaction of local DNA methylation status, particularly during embryonic development. Altogether, our work not only provides valuable resources for understanding pig complex traits, but also contributes to human biomedical research.

Abstract The systematic characterization of cellular heterogeneity among tissues and cell-type-specific regulation underlying complex phenotypes remains elusive in pigs. Within the Pig Genotype-Tissue Expression (PigGTEx) project, we present a single-cell transcriptome atlas of adult pigs encompassing 229,268 high-quality nuclei from 19 tissues, annotated to 67 major cell types. Besides cellular heterogeneity within and across tissues, we further characterize prominent tissue-specific features and functions of muscle, epithelial, and immune cells. Through deconvoluting 3,921 bulk RNA-seq samples from 17 matching tissues, we dissect thousands of genetic variants with cell-type interaction effects on gene expression (ieQTL). By colocalizing these ieQTL with variants associated with 268 complex traits, we provide new insights into the cellular mechanisms behind these traits. Moreover, we highlight that orthologous genes with cell-type-specific regulation in pigs exhibit significant heritability enrichment for some human complex phenotypes. Altogether, our work provides a valuable resource and highlights novel insights in cellular regulation of complex traits for accelerating pig precision breeding and human biomedical research.

Abstract Horses domestication revolutionized human civilization by changing transportation, farming, and warfare patterns. Despite extensive studies on modern domestic horse origins, the intricate demographic history and genetic signatures of pony size demand further exploration. Here, we present a high-quality genome of the Chinese Debao pony and extensively analyzed 385 individuals from 49 horse breeds. We reveal the conservation of ancient components in East Asian horses and close relationships between Asian horses and specific European pony lineages. Genetic analysis uncovers Asian paternal origin for European pony breeds, and these pony-sized horses share a close genetic affinity due to the presence of a potential ancestral ghost pony population. Additionally, we identify promising cis-regulatory elements influencing horse withers height by regulating genes like RFLNA and FOXO1 . Overall, our study provides insightful perspectives into the development history and genetic determinants underlying body size in ponies and offers broader implications for horse population management and improvement. Teaser Decoding pony genetics: exploring origins and size determinants sheds light on their historical and biological impacts.

Chinese indigenous pigs differ significantly from Western commercial pig breeds in phenotypic and genomic characteristics. Thus, building a high-quality reference genome for Chinese indigenous pigs is pivotal to exploring gene function, genome evolution and improving genetic breeding in pigs. Here, we report an ultrahigh-quality phased chromosome-scale genome assembly for a male Luchuan pig, a representative Chinese domestic breed, by generating and combining data from PacBio Sequel reads, Illumina paired-end reads, high-throughput chromatin conformation capture and BioNano optical map. The primary assembly is ~ 2.58 Gb in size with contig and scaffold N50s of 18.03 Mb and 140.09 Mb, respectively. Comparison between primary assembly and alternative haplotig reveals numerous haplotype-specific alleles, which provide a rich resource to study the allele-specific expression, epigenetic regulation, genome structure and evolution of pigs. Gene enrichment analysis indicates that the Luchuan-specific genes are predominantly enriched in Gene Ontology terms for phosphoprotein phosphatase activity, signaling receptor activity and phosphatidylinositol binding. We provide clear molecular evolutionary evidence that the divergence time between Luchuan and Duroc pigs is dated back to about 1.7 million years ago. Meanwhile, Luchuan exhibits fewer events of gene family expansion and stronger gene family contraction than Duroc. The positively selected genes (PSGs) in Luchuan pig significantly enrich for protein tyrosine kinase activity, microtubule motor activity, GTPase activator activity and ubiquitin-protein transferase activity, whereas the PSGs in Duroc pig enrich for G-protein coupled receptor activity. Overall, our findings not only provide key benchmark data for the pig genetics community, but also pave a new avenue for utilizing porcine biomedical models to study human health and diseases.