Phenological mismatches between migratory birds and food availability driven by global warming have been found to influence the fitness and population dynamics of several herbivorous goose species in Arctic breeding sites. However, the effect of phenological mismatches at wintering sites have been inadequately studied. We used long-term data to explore the consequences of water regime changes on phenological mismatch (i.e., days between arrival of geese and timing of the optimal Normalized Difference Vegetation Index [NDVIopt]) and detect the relative role of the mismatch as a driver of annual variations in abundance and distribution of the Lesser White-fronted Goose Anser erythropus (a vulnerable species on the IUCN Red List) in East Dongting Lake, which is the one of this species' largest wintering sites worldwide. The NDVI of the Carex meadow (i.e., the dominant vegetation in East Dongting Lake wetland and also the major food resource for the geese) was used as the phenology metric. Results showed that the water recession pattern greatly influenced food conditions when geese arrived at the site. Early water recession led to significantly higher NDVI, whereas late water recession led to significantly lower NDVI than did the optimal water recession. However, the suitable habitat area was significantly larger under the optimal water recession pattern. Both early and late water level recessions caused greater mismatches and resulted in lower geese abundance and a more concentrated distribution. NDVI was positively correlated with aboveground biomass and negatively correlated with N% of Carex spp. High biomass and low N% related to high NDVI caused by early water recession may indicate unfavorable food conditions at the time that geese arrive and reduced sustainable food availability in mid-winter, while a low NDVI and limited habitat area caused by late water recession may indicate an insufficient food supply. In conclusion, non-optimal water recession led to a greater phenological mismatch and resulted in limited habitat quality (e.g., lower leaf N%) under early water recession but limited habitat quantity (e.g., smaller habitat area and lower aboveground biomass) under late water recession, and ultimately threatened the Lesser White-fronted Goose. Our results contributed to explaining the decline of the Lesser White-fronted Goose population in this wintering site.

Abstract Organophosphorus pesticides (OPs) are a chemically diverse class of commonly used insecticides. Epidemiological studies suggest that low dose chronic prenatal and infant exposures can lead to life-long neurological damage and behavioral disorders. While inhibition of acetylcholinesterase (AChE) is the shared mechanism of acute OP neurotoxicity, OP-induced developmental neurotoxicity (DNT) can occur independently and/or in the absence of significant AChE inhibition, implying that OPs affect alternative targets. Moreover, different OPs can cause different adverse outcomes, suggesting that different OPs act through different mechanisms. These findings emphasize the importance of comparative studies of OP toxicity. Freshwater planarians are an invertebrate system that uniquely allows for automated, rapid and inexpensive testing of adult and developing organisms in parallel to differentiate neurotoxicity from DNT. Effects found only in regenerating planarians would be indicative of DNT, whereas shared effects may represent neurotoxicity. We leverage this unique feature of planarians to investigate potential differential effects of OPs on the adult and developing brain by performing a comparative screen to test 7 OPs (acephate, chlorpyrifos, dichlorvos, diazinon, malathion, parathion and profenofos) across 10 concentrations in quarter-log steps. Neurotoxicity was evaluated using a wide range of quantitative morphological and behavioral readouts. AChE activity was measured using an Ellman assay. The toxicological profiles of the 7 OPs differed across the OPs and between adult and regenerating planarians. Toxicological profiles were not correlated with levels of AChE inhibition. Twenty-two “mechanistic control compounds” known to target pathways suggested in the literature to be affected by OPs (cholinergic neurotransmission, serotonin neurotransmission, endocannabinoid system, cytoskeleton, adenyl cyclase and oxidative stress) and 2 negative controls were also screened. When compared with the mechanistic control compounds, the phenotypic profiles of the different OPs separated into distinct clusters. The phenotypic profiles of adult vs regenerating planarians exposed to the OPs clustered differently, suggesting some developmental-specific mechanisms. These results further support findings in other systems that OPs cause different adverse outcomes in the (developing) brain and build the foundation for future comparative studies focused on delineating the mechanisms of OP neurotoxicity in planarians.

Asexual freshwater planarians are an attractive invertebrate model for high-throughput neurotoxicity screening, because they possess multiple quantifiable behaviors to assess distinct neuronal functions. Planarians uniquely allow direct comparisons between developing and adult animals to distinguish developmentally selective effects from general neurotoxicity. In this study, we used our automated planarian screening platform to compare the neurotoxicity of 15 flame retardants (FRs), consisting of representative phased-out brominated (BFRs) and replacement organophosphorus FRs (OPFRs). OPFRs have emerged as a proposed safer alternative to BFRs; however, limited information is available on their health effects. We found 11 of the 15 FRs (3/6 BFRs, 7/8 OPFRs, and Firemaster 550) caused adverse effects in both adult and developing planarians with similar nominal lowest-effect-levels for BFRs and OPFRs. This suggests that replacement OPFRs are comparably neurotoxic to the phased-out compounds. BFRs were primarily systemically toxic, whereas OPFRs, except Tris(2-chloroethyl) phosphate, shared a behavioral phenotype in response to noxious heat at sublethal concentrations, indicating specific neurotoxic effects. By directly comparing effects on adult and developing planarians, we further found that one BFR (3,3',5,5'-Tetrabromobisphenol A) caused a developmental selective defect. Together, these results demonstrate that our planarian screening platform yields high content data resulting from assaying various behavioral and morphological endpoints, allowing us to distinguish selective neurotoxic effects and effects specific to the developing nervous system. Ten of these 11 bioactive FRs were previously found to be bioactive in other models, including cell culture and alternative animal models (nematodes and zebrafish). This level of concordance across different platforms emphasizes the urgent need for further evaluation of OPFRs in mammalian systems.

ABSTRACT A novel uncapped mRNA platform was developed. Five lipid nanoparticle (LNP)-encapsulated mRNA constructs were made to evaluate several aspects of our platform, including transfection efficiency and durability in vitro and in vivo and the activation of humoral and cellular immunity in several animal models. The constructs were eGFP-mRNA-LNP (for enhanced green fluorescence mRNA), Fluc-mRNA-LNP (for firefly luciferase mRNA), S δT -mRNA-LNP (for Delta strain SARS-CoV-2 spike protein trimer mRNA), gD ED -mRNA-LNP (for truncated glycoprotein D mRNA coding ectodomain from herpes simplex virus type 2 (HSV2)) and gD FR -mRNA-LNP (for truncated HSV2 glycoprotein D mRNA coding amino acids 1∼400). Quantifiable target protein expression was achieved in vitro and in vivo with eGFP-and Fluc-mRNA-LNP. S δT -mRNA-LNP, gD ED -mRNA-LNP and gD FR -mRNA-LNP induced both humoral and cellular immune responses comparable to those obtained by previously reported capped mRNA-LNP constructs. Notably, S δT -mRNA-LNP elicited neutralizing antibodies in hamsters against the Omicron and Delta strains. Additionally, gD ED -mRNA-LNP and gD FR -mRNA-LNP induced potent neutralizing antibodies in rabbits and mice. The mRNA constructs with uridine triphosphate (UTP) outperformed those with N1-methylpseudouridine triphosphate (N1mψTP) in the induction of antibodies via S δT -mRNA-LNP. Our uncapped, process-simplified, and economical mRNA platform may have broad utility in vaccines and protein replacement drugs.