Abstract The suppression mechanism of regulatory T cells is an intensely investigated topic. As our focus has shifted towards a model centered on indirect inhibition of dendritic cells, a universally applicable effector mechanism controlled by FoxP3 expression has not been found. Here, we report that FoxP3 blocks the transcription of ER Ca 2+ -release channel ryanodine receptor 2. Reduced RyR2 shuts down basal Ca 2+ oscillation in Tregs, which reduces m-Calpain activities that is needed for T cells to disengage from DCs, suggesting a persistent blockage of DC antigen presentation. RyR2 deficiency renders the CD4 + T cell pool to become immune suppressive, and behave in the same manner as FoxP3 + Tregs in viral infection, asthma, hypersensitivity, colitis and tumor development. In the absence of FoxP3, RyR2-deficient CD4 + T cells rescue the systemic autoimmunity associated with Scurfy mice. Therefore, FoxP3-mediated Ca 2+ signaling inhibition may be a central effector mechanism of Treg immune suppression. One Sentence Summary Calcium channel RyR2 dictates Treg adhesion-based suppression

Pangolins are one of nature's most fascinating species being scales covered and myrmecophagous diet, yet relatively little is known about the molecular basis. Here, we combine the multi-omics, evolution, and fundamental proteins feature analysis of both Chinese and Malayan pangolins, highlighting the molecular mechanism of both myrmecophagous diet and scale formation, representing a fascinating evolutionary strategy to occupy the unique ecological niches. In contrast to conserved organization of epidermal differentiation complex, pangolin has undergone large scale variation and gene loss events causing expression pattern and function conversion that contribute to cornified epithelium structures on stomach to adapt myrmecophagous diet. Our assemblies also enable us to discover large copies number of high glycine-tyrosine keratin-associated proteins (HGT-KRTAPs). In addition, highly homogenized tandem array, amino content, and the specific expression pattern further validate the strong connection between the molecular mechanism of scale hardness and HGT-KRTAPs.

Abstract Fasciola gigantica and Fasciola hepatica are causative pathogens of fascioliasis , with the widest latitudinal, longitudinal, and altitudinal distribution; however, among parasites, they have the largest sequenced genomes, hindering genomic research. In the present study, we used various sequencing and assembly technologies to generate a new high-quality Fasciola gigantica reference genome. We improved the integration of gene structure prediction, and identified two independent transposable element expansion events contributing to (1) the speciation between Fasciola and Fasciolopsis during the Cretaceous-Paleogene boundary mass extinction, and (2) the habitat switch to the liver during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum, accompanied by gene length increment. Long interspersed element (LINE) duplication contributed to the second transposon-mediated alteration, showing an obvious trend of insertion into gene regions, regardless of strong purifying selection. Gene ontology analysis of genes with long LINE insertions identified membrane-associated and vesicle secretion process proteins, further implicating the functional alteration of the gene network. We identified 852 excretory/secretory proteins and 3300 protein-protein interactions between Fasciola gigantica and its host. Among them, copper/zinc superoxide dismutase genes, with specific gene copy number variations, might play a central role in the phase I detoxification process. Analysis of 559 single-copy orthologs suggested that Fasciola gigantica and Fasciola hepatica diverged at 11.8 Ma near the Middle and Late Miocene Epoch boundary. We identified 98 rapidly evolving gene families, including actin and aquaporin, which might explain the large body size and the parasitic adaptive character resulting in these liver flukes becoming epidemic in tropical and subtropical regions.

Abstract The clarification of genomic signatures left during evolutionary histories of crops is crucial for breeding varieties adapting to changing climate. Soybean, a leguminous crop, provides both plant oil and protein. Here, we analyzed genome sequences of 2,214 soybeans and proposed its evolutionary route, which includes four geographic paths, expansion of annual wild soybean ( Glycine soja Sieb. & Zucc.) from Southern China, domestication in Central China, expansion of landrace ( G. max (L.) Merr.), and local breeding. We observed that local adaptation of the wild and cultivated soybeans was largely independent, and that genetic introgression was mostly derived from sympatric rather than allopatric wild populations during the range expansion of soybean landraces. Range expansion and breeding processes were accompanied with positive selection of flowering-time genes including GmSPA3c as validated by knock-out mutants. Our study shed lights on the evolutionary history of soybean and provides valuable genetic resources for future breeding. Teaser The expansion and selection history of soybean

Abstract Integration of collective cell direction and coordination is believed to ensure collective guidance for efficient movement. Previous studies demonstrated that chemokine receptors PVR and EGFR govern a gradient of Rac1 activity essential for collective guidance of Drosophila border cells, whose mechanistic insight is unknown. By monitoring and manipulating subcellular Rac1 activity, here we reveal two switchable Rac1 pools at border cell protrusions and supracellular cables, two important structures responsible for direction and coordination. Rac1 and Rho1 form a positive feedback loop that guides mechanical coupling at cables to achieve migration coordination. Rac1 cooperates with Cdc42 to control protrusion growth for migration direction, as well as to regulate the protrusion-cable exchange, linking direction and coordination. PVR and EGFR guide correct Rac1 activity distribution at protrusions and cables. Therefore, our studies emphasize the existence of a balance between two Rac1 pools, rather than a Rac1 activity gradient, as an integrator for the direction and coordination of collective cell migration.

Abstract Nitrapyrin is one of the most common nitrification inhibitors that are used to retain N in the ammonia form in soil to improve crop yields and quality. Whereas the inhibitory effect of nitrapyrin is supposedly specific to ammonia oxidizers, in view of the keystone role of this group in soils, nitrapyrin could have far-reaching impacts. Here, we tested the hypothesis that nitrapyrin leads to large shifts in soil microbial community structure, composition, diversity and functions, beyond its effect on ammonia-oxidizers. To test this hypothesis, we set-up a field experiment where wheat ( Triticum aestivum cv. AC Walton) was fertilized with ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) and supplemented or not with nitrapyrin. Rhizosphere and bulk soils were sampled twice, DNA was extracted, the 16S rRNA gene and ITS region were amplified and sequenced to follow shifts in archaeal, bacterial and fungal community structure, composition and diversity. To assess microbial functions, several genes involved in the nitrogen cycle were quantified by real-time qPCR and volatile organic compounds (VOCs) were trapped in the rhizosphere at the moment of sampling. As expected, sampling date and plant compartment had overwhelming effects on the microbial communities. However, within these strong effects, we found statistically significant effects of nitrapyrin on the relative abundance of Thaumarchaeota, Proteobacteria, Nitrospirae and Basidiomycota, and on several genera. Nitrapyrin also significantly affected bacterial and fungal community structure, and the abundance of all the N-cycle gene tested, but always in interaction with sampling date. In contrast, nitrapyrin had no significant effect on the emission of VOCs, where only sampling date significantly influenced the profiles observed. Our results point out far-reaching effects of nitrapyrin on soil and plant associated microbial communities, well beyond its predicted direct effect on ammonia-oxidizers. In the longer term, these shifts might counteract the positive effect of nitrapyrin on crop nutrition and greenhouse gas emissions.

Abstract RNA-binding proteins FBF-1 and FBF-2 (FBFs) are required for germline stem cell maintenance and the sperm/oocyte switch in Caenorhabditis elegans , though the mechanisms controlling FBF protein levels remain unknown. We identified an interaction between both FBFs and CSN-5, a component of the COP9 (constitutive photomorphogenesis 9) signalosome. Here, we find that the MPN (Mpr1/Pad1 N terminal) metalloprotease domain of CSN-5 interacts with the PUF (Pumilio and FBF) RNA-binding domain of FBFs and the interaction is conserved for human homologs PUM1 and CSN5. The interaction between FBF-2 and CSN-5 can be detected in vivo by proximity ligation. csn-5 mutation results in destabilization of FBF proteins, a decrease in the numbers of germline stem cells, and disruption of the switch from spermatogenesis to oogenesis. The loss of csn-5 does not decrease the levels of a related PUF protein PUF-3 and csn-5(lf ) phenotype is not enhanced by fbf-1/2 depletion, suggesting that the effect is specific to FBFs. The effect of csn-5 on germline sex determination is largely independent of the COP9 signalosome and is cell autonomous. Surprisingly, regulation of FBF protein levels involves a combination of COP9-dependent and –independent mechanisms differentially affecting FBF-1 and FBF-2. This work supports a previously unappreciated role for CSN-5 in stabilization of germline stem cell regulatory proteins FBF-1 and FBF-2. Author Summary Germ cell development and reproductive success in the nematode C. elegans rely on the function of germline stem cells. Continued maintenance of these cells is supported by the activity of conserved RNA-binding proteins FBF-1 and FBF-2 (FBFs). However, it is unknown how FBF protein levels are regulated. Here, we identify a direct interaction between FBFs and CSN-5, a component of the COP9 signalosome best known for its role in regulating protein degradation. We find that CSN-5 promotes FBF stability and allows for accumulation of steady-state protein levels, thereby promoting FBF function. In csn-5 mutants, we find a significant reduction of FBF proteins, decrease of stem cells, and failure to promote oogenesis consistent with compromised FBF function. Furthermore, CSN-5 contributes to FBF protein stability through two mechanisms. This work demonstrates a previously unappreciated role for CSN-5 in stabilization of FBF proteins. Based on our finding that the FBF/CSN-5 interaction is conserved and detectable between homologous human proteins, we speculate this relationship might be relevant for understanding stem cell maintenance in a range of species, from nematodes to humans.

Abstract Previous studies have shown that it is possible to accurately predict wheat grain quality and yields using microbial indicators. However, it is uncertain what the best timing for sampling is. For optimal usefulness of this modeling approach, microbial indicators from samples taken early in the season should have the best predictive power. Here, we sampled a field every two weeks across a single growing season and measured a wide array of microbial parameters (amplicon sequencing, abundance of N-cycle related functional genes, and microbial carbon usage) to find the moment when the microbial predictive power for wheat grain baking quality is highest. We found that the highest predictive power for wheat grain quality was for microbial data derived from samples taken early in the season (May–June) which coincides roughly with the seedling and tillering growth stages, that are important for wheat N nutrition. Our models based on LASSO regression also highlighted a set of microbial parameters highly coherent with our previous surveys, including alpha- and beta-diversity indices and N-cycle genes. Taken together, our results suggest that measuring microbial parameters early in the wheat growing season could help farmers better predict wheat grain quality.

Collective cell migration is central to many developmental and pathological processes. However, the mechanisms that keep cell collectives together and coordinate movement of multiple cells are poorly understood. Using the Drosophila border cell migration model, we find that Protein phosphatase 1 (Pp1) activity controls collective cell cohesion and migration. Inhibition of Pp1 causes border cells to round up, dissociate, and move as single cells with altered motility. We present evidence that Pp1 promotes proper levels of cadherin-catenin complex proteins at cell-cell junctions within the cluster to keep border cells together. Pp1 further restricts actomyosin contractility to the cluster periphery rather than at internal cell-cell contacts. We show that the myosin phosphatase Pp1 complex, which inhibits non-muscle myosin-II (Myo-II) activity, coordinates border cell shape and cluster cohesion. Given the high conservation of Pp1 complexes, this study identifies Pp1 as a major regulator of collective versus single cell migration.

Stem cells support tissue maintenance, but the mechanisms that balance the rate of stem cell self-renewal with differentiation at a population level remain uncharacterized. Through investigating the regulation of germline stem cells by two PUF family RNA-binding proteins FBF-1 and FBF-2 in C. elegans , we find that FBF-1 restricts differentiation, while FBF-2 promotes both proliferation and differentiation. FBFs act on a shared set of target mRNAs; however, FBF-1 destabilizes target transcripts, while FBF-2 promotes their accumulation. These regulatory differences result in complementary effects of FBFs on stem cells. We identify a mitotic cyclin as one of the targets affecting stem cell homeostasis. FBF-1-mediated translational control requires the activity of CCR4-NOT deadenylase. Distinct abilities of FBFs to cooperate with CCR4-NOT depend on protein sequences outside of the conserved PUF family RNA-binding domain. We propose that the combination of FBF activities regulates the dynamics of germline stem cell proliferation and differentiation.