Summary

 Infections are associated with extensive platelet consumption, representing a high risk for health. However, the mechanism coordinating the rapid regeneration of the platelet pool during such stress conditions remains unclear. Here, we report that the phenotypic hematopoietic stem cell (HSC) compartment contains stem-like megakaryocyte-committed progenitors (SL-MkPs), a cell population that shares many features with multipotent HSCs and serves as a lineage-restricted emergency pool for inflammatory insults. During homeostasis, SL-MkPs are maintained in a primed but quiescent state, thus contributing little to steady-state megakaryopoiesis. Even though lineage-specific megakaryocyte transcripts are expressed, protein synthesis is suppressed. In response to acute inflammation, SL-MkPs become activated, resulting in megakaryocyte protein production from pre-existing transcripts and a maturation of SL-MkPs and other megakaryocyte progenitors. This results in an efficient replenishment of platelets that are lost during inflammatory insult. Thus, our study reveals an emergency machinery that counteracts life-threatening platelet depletions during acute inflammation.

Hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) are known to respond to acute inflammation; however, little is understood about the dynamics and heterogeneity of these stress responses in HSPCs. Here, we performed single-cell sequencing of HSPCs during the sensing, response and recovery phases of the inflammatory response of HSPCs to treatment with the pro-inflammatory cytokine IFNα to investigate the HSPCs’ dynamic changes during acute inflammation. For the analysis of the resulting datasets, we developed a computational pipeline for single-cell time series. Using a semi-supervised response-pseudotime inference approach, we discover a variety of different gene responses of the HSPCs to the treatment. Interestingly, we were able to associate reduced myeloid differentiation programs in HSPCs with reduced myeloid progenitor and differentiated cells following IFNα treatment. Altogether, single-cell time series analysis have allowed us to unbiasedly study the heterogeneous and dynamic impact of IFNα on the HSPCs.

Bacterial symbionts, with their shorter generation times and capacity for horizontal gene transfer (HGT), play a critical role in allowing marine organisms to cope with environmental change. The closure of the Isthmus of Panama created distinct environmental conditions in the Tropical Eastern Pacific (TEP) and Caribbean, offering a "natural experiment" for studying how closely related animals evolve and adapt under environmental change. However, the role of bacterial symbionts in this process is often overlooked. We sequenced the genomes of endosymbiotic bacteria in two sets of sister species of chemosymbiotic bivalves from the genera Codakia and Ctena (family Lucinidae) collected on either side of the Isthmus, to investigate how differing environmental conditions have influenced the selection of symbionts and their metabolic capabilities. The lucinid sister species hosted different Candidatus Thiodiazotropha symbionts and only those from the Caribbean had the genetic potential for nitrogen fixation, while those from the TEP did not. Interestingly, this nitrogen-fixing ability did not correspond to symbiont phylogeny, suggesting convergent evolution of nitrogen fixation potential under nutrient-poor conditions. Reconstructing the evolutionary history of the nifHDKT operon by including other lucinid symbiont genomes from around the world further revealed that the last common ancestor (LCA) of Ca. Thiodiazotropha lacked nif genes, and populations in oligotrophic habitats later re-acquired the nif operon through HGT from the Sedimenticola symbiont lineage. Our study suggests that HGT of the nif operon has facilitated niche diversification of the globally distributed Ca. Thiodiazotropha endolucinida species clade. It highlights the importance of nitrogen availability in driving the ecological diversification of chemosynthetic symbiont species and the role that bacterial symbionts may play in the adaptation of marine organisms to changing environmental conditions.