Background Because of the central functions of the mitochondria in providing metabolic energy and initiating apoptosis on one hand and the role that microRNA (miRNA) play in gene expression, we hypothesized that some miRNA could be present in the mitochondria for post-transcriptomic regulation by RNA interference. We intend to identify miRNA localized in the mitochondria isolated from human skeletal primary muscular cells. Methodology/Principal Findings To investigate the potential origin of mitochondrial miRNA, we in-silico searched for microRNA candidates in the mtDNA. Twenty five human pre-miRNA and 33 miRNA aligments (E-value<0.1) were found in the reference mitochondrial sequence and some of the best candidates were chosen for a co-localization test. In situ hybridization of pre-mir-302a, pre-let-7b and mir-365, using specific labelled locked nucleic acids and confocal microscopy, demonstrated that these miRNA were localized in mitochondria of human myoblasts. Total RNA was extracted from enriched mitochondria isolated by an immunomagnetic method from a culture of human myotubes. The detection of 742 human miRNA (miRBase) were monitored by RT-qPCR at three increasing mtRNA inputs. Forty six miRNA were significantly expressed (2nd derivative method Cp>35) for the smallest RNA input concentration and 204 miRNA for the maximum RNA input concentration. In silico analysis predicted 80 putative miRNA target sites in the mitochondrial genome (E-value<0.05). Conclusions/Significance The present study experimentally demonstrated for the first time the presence of pre-miRNA and miRNA in the human mitochondria isolated from skeletal muscular cells. A set of miRNA were significantly detected in mitochondria fraction. The origin of these pre-miRNA and miRNA should be further investigate to determine if they are imported from the cytosol and/or if they are partially processed in the mitochondria.

Abstract Horses revolutionized human history with fast mobility 1 . However, the timeline between their domestication and their widespread integration as a means of transport remains contentious 2–4 . Here we assemble a collection of 475 ancient horse genomes to assess the period when these animals were first reshaped by human agency in Eurasia. We find that reproductive control of the modern domestic lineage emerged around 2200 bce , through close-kin mating and shortened generation times. Reproductive control emerged following a severe domestication bottleneck starting no earlier than approximately 2700 bce , and coincided with a sudden expansion across Eurasia that ultimately resulted in the replacement of nearly every local horse lineage. This expansion marked the rise of widespread horse-based mobility in human history, which refutes the commonly held narrative of large horse herds accompanying the massive migration of steppe peoples across Europe around 3000 bce and earlier 3,5 . Finally, we detect significantly shortened generation times at Botai around 3500 bce , a settlement from central Asia associated with corrals and a subsistence economy centred on horses 6,7 . This supports local horse husbandry before the rise of modern domestic bloodlines.

Background: We present here an approach to sequence whole mitochondrial genomes using nanopore long-read sequencing. Our method relies on the selective elimination of nuclear DNA using an exonuclease treatment and on the amplification of circular mitochondrial DNA using a multiple displacement amplification step. Results: We optimized each preparative step to obtain a 100 million-fold enrichment of horse mitochondrial DNA relative to nuclear DNA. We sequenced these amplified mitochondrial DNA using nanopore sequencing technology and obtained mitochondrial DNA reads that represented up to half of the sequencing output. The sequence reads were 2.3 kb of mean length and provided an even coverage of the mitochondrial genome. Long-reads spanning half or more of the whole mtDNA provided a coverage that varied between 118X and 488X. Finally, we identified SNPs with a precision of 98.1%; recall of 85.2% and a F1-score of 0.912. Conclusions: Our analyses show that our method to amplify mtDNA and to sequence it using the nanopore technology is usable for mitochondrial DNA variant analysis. With minor modifications, this approach could easily be applied to other large circular DNA molecules.

ABSTRACT Emerging evidence indicates that the gut microbiome contributes to endurance exercise performance, but the extent of their functional and metabolic potential remains unknown. Using elite endurance horses as a model system for exercise responsiveness, we built the first equine gut microbial gene catalog comprising more than 25 million non-redundant genes representing 4,696 genera spanning 95 phyla. The unprecedented resolution unrevealed functional pathways relevant for both the structure of the microbiome and the host health and recovered 369 novel metagenome-assembled bacterial genomes, providing useful reference for future studies. Integration of microbial and host omic datasets suggested that microbiomes harboring rare species were functionally dissimilar from those enriched in Lachnospiraceae taxa. Moreover, they offered expanded metabolic pathways to fine-tune the cardiovascular capacity through mitochondria-mediated mechanisms. The results identify an associative link between horse endurance capability and its microbiome gene function, laying the basis for nutritional interventions that could benefit endurance athletes.

ABSTRACT Endurance exercise has a dramatic impact on the functionality of mitochondria and on the composition of the intestinal microbiome, but the mechanisms regulating the crosstalk between these two components are still largely unknown. Here, we sampled 20 elite horses before and after an endurance race and used blood transcriptome, blood metabolome and fecal microbiome to describe the gut-mitochondria crosstalk. A subset of mitochondria-related differentially expressed genes involved in pathways such as energy metabolism, oxidative stress and inflammation was discovered and then shown to be associated with butyrate-producing bacteria of the Lachnospiraceae family, especially Eubacterium . The mechanisms involved were not fully understood, but through the action of their metabolites likely acted on PPARγ, the FRX-CREB axis and their downstream targets to delay the onset of hypoglycemia, inflammation and extend running time. Our results also suggested that circulating free fatty acids may act not merely as fuel but drive mitochondrial inflammatory responses triggered by the translocation of gut bacterial polysaccharides following endurance. Targeting the gut-mitochondria axis therefore appears to be a potential strategy to enhance athletic performance.

Background: To date, genome-scale analyses in the domestic horse have been limited by suboptimal single nucleotide polymorphism (SNP) density and uneven genomic coverage of the current SNP genotyping arrays. The recent availability of whole genome sequences has created the opportunity to develop a next generation, high-density equine SNP array. Results: Using whole genome sequence from 153 individuals representing 24 distinct breeds collated by the equine genomics community, we cataloged over 23 million de novo discovered genetic variants. Leveraging genotype data from individuals with both whole genome sequence, and genotypes from lower-density, legacy SNP arrays, a subset of ~5 million high-quality, high-density array candidate SNPs were selected based on breed representation and uniform spacing across the genome. Considering probe design recommendations from a commercial vendor (Affymetrix, now Thermo Fisher Scientific) a set of ~2 million SNPs were selected for a next-generation high-density SNP chip (MNEc2M). Genotype data were generated using the MNEc2M array from a cohort of 332 horses from 20 breeds and a lower-density array, consisting of ~670 thousand SNPs (MNEc670k), was designed for genotype imputation. Conclusions: Here, we document the steps taken to design both the MNEc2M and MNEc670k arrays, report genomic and technical properties of these genotyping platforms, and demonstrate the imputation capabilities of these tools for the domestic horse.

Abstract Equine influenza virus (EIV) remains a persistent threat to equines, despite the availability of vaccines. Currently, strategies to monitor the virus and prevent any potential vaccine failure revolve around serological assays, RT‒qPCR amplification, and sequencing the viral hemagglutinin (HA) and neuraminidase (NA) genes. These approaches overlook the contribution of other viral proteins in driving virulence. This study assesses the potential of long-read nanopore sequencing for swift and precise sequencing of circulating equine influenza viruses. To this end, two French Florida Clade 1 strains, including the one circulating in winter 2018-2019 exhibiting more pronounced pathogenicity than usual, as well as the two currently used OIE-recommended vaccine strains, were sequenced. Our results demonstrated the reliability of this sequencing method in generating accurate sequences. Sequence analysis of HA revealed a subtle antigenic drift in the French EIV strains, with specific substitutions, such as T163I in A/equine/Paris/1/2018 and the N188T mutation in post-2015 strains; both substitutions were located in antigenic site B. Antigenic site E exhibited modifications in post-2018 strains, with the N63D substitution. Segment 2 sequencing also revealed that the A/equine/Paris/1/2018 strain encodes a longer variant of the PB1-F2 protein when compared to other Florida clade 1 strains (90 amino acids long versus 81 amino acids long). Further biological and biochemistry assays demonstrated that this PB1-F2 variant has enhanced abilities to abolish the mitochondrial membrane potential ΔΨm and permeabilize synthetic membranes. Altogether, our results highlight the interest in rapidly characterizing the complete genome of circulating strains with next-generation sequencing technologies to adapt vaccines and identify specific virulence markers of EIV.