Abstract Long-range sequencing information is required for haplotype phasing, de novo assembly and structural variation detection. Current long-read sequencing technologies can provide valuable long-range information but at a high cost with low accuracy and high DNA input requirement. We have developed a single-tube Transposase Enzyme Linked Long-read Sequencing (TELL-Seq ™ ) technology, which enables a low-cost, high-accuracy and high-throughput short-read next generation sequencer to routinely generate over 100 Kb long-range sequencing information with as little as 0.1 ng input material. In a PCR tube, millions of clonally barcoded beads are used to uniquely barcode long DNA molecules in an open bulk reaction without dilution and compartmentation. The barcode linked reads are used to successfully assemble genomes ranging from microbes to human. These linked-reads also generate mega-base-long phased blocks and provide a cost-effective tool for detecting structural variants in a genome, which are important to identify compound heterozygosity in recessive Mendelian diseases and discover genetic drivers and diagnostic biomarkers in cancers.

ABSTRACT Recent advances in barcoding technologies have significantly enhanced the scalability of single-cell genomic experiments. However, large-scale experiments are still rare due to high costs, complex logistics, and laborintensive procedures. To facilitate the routine application of the largest scalability, it is critical to simplify the production and use of barcoding reagents. Here, we introduce AmpliDrop, a technology that initiates the barcoding process using a pool of inexpensive single-copy barcodes and integrates barcode multiplicity generation with tagging of cellular content into a single reaction driven by DNA polymerase during library preparation. The barcoding reactions are compartmentalized using an electronic pipette or a robotic or standalone liquid handling system. These innovations eliminate the need for barcoded beads and complex combinatorial indexing workflows and provide flexibility for a wide range of scales and tube formats, as well as compatibility with automation. We show that AmpliDrop is capable of capturing transcriptomes and chromatin accessibility, and it can also be adapted for user-customized applications, including antibody-based protein detection, bacterial or viral DNA detection, and CRISPR perturbations without dual guide RNA-expression vectors. We validated AmpliDrop by investigating the influence of short-term static culturing on cell composition in human forebrain organoids, revealing metabolic reprogramming in lineage progenitors.

Summary The genus Tephrosia (Fabaceae), the hoary peas, contain high levels of rotenone, which has a long history of human use as a fish poison. We examine the distribution of Tephrosia angustissima , in South Florida to clarify patterns of genetic relatedness and shed light on human plant movement before European contact. Several populations of Tephrosia angustissima with a history of taxonomic uncertainty exist in South Florida and the neighboring Caribbean Islands. To clarify relationships in this group, and to elucidate the conservation status of populations in Everglades National Park and Big Cypress National Preserve, we used restriction site associated DNA sequencing (RAD-SEQ) on 94 samples from South Florida and three locations in southwest Puerto Rico. Analysis of variation in SNP markers by the Bayesian STRUCTURE algorithm and principal coordinate analysis both separated the samples into three groups. These three groups were likely separate colonization events of Florida. Genetic diversity is moderate in all of the groups, with only limited evidence of a bottleneck in some of the disjunct South Florida populations. Overall, the human association of this group is consistent with a history of human use, suggesting conservation efforts for these taxa should consider their pre-Columbian human associations. Societal impact statement A great many endangered plant taxa exhibit patterns of edaphic specialization, occurring on particular substrates such as karst or serpentine soils. Human activities, such as the construction of shell middens, can create edaphically unique substrates. In the Americas, post-Columbian land use changes coupled with extensive loss of indigenous cultural knowledge, has created areas where associations of cultivated plants with human-generated habitats may be lost. Here we use population genetic approaches to examine rare Tephrosia (hoary pea) taxa from South Florida, a group of plants that produce rotenone that has been used by many indigenous groups as a fish poison. We find evidence of multiple introductions from the broader Caribbean region and an association with anthropogenic habitats such as shell middens. In efforts to conserve rare hoary peas in Florida, an understanding of past use of the landscape by native Americans is essential.

In the human genome, heterozygous sites are genomic positions with different alleles inherited from each parent. On average, there is a heterozygous site every 1-2 kilobases (kb). Resolving whether two alleles in neighboring heterozygous positions are physically linked-that is, phased-is possible with a short-read sequencer if the sequencing library captures long-range information. TELL-Seq is a library preparation method based on millions of barcoded micro-sized beads that enables instrument-free phasing of a whole human genome in a single PCR tube. TELL-Seq incorporates a unique molecular identifier (barcode) to the short reads generated from the same high-molecular-weight (HMW) DNA fragment (known as 'linked-reads'). However, genome-scale TELL-Seq is not cost-effective for applications focusing on a single locus or a few loci. Here, we present an optimized TELL-Seq protocol that enables the cost-effective phasing of enriched loci (targets) of varying sizes, purity levels, and heterozygosity. Targeted TELL-Seq maximizes linked-read efficiency and library yield while minimizing input requirements, fragment collisions on microbeads, and sequencing burden. To validate the targeted protocol, we phased seven 180-200 kb loci enriched by CRISPR/Cas9-mediated excision coupled with pulse-field electrophoresis, four 20 kb loci enriched by CRISPR/Cas9-mediated protection from exonuclease digestion, and six 2-13 kb loci amplified by PCR. The selected targets have clinical and research relevance (BRCA1, BRCA2, MLH1, MSH2, MSH6, APC, PMS2, SCN5A-SCN10A, and PKI3CA). These analyses reveal that targeted TELL-Seq provides a reliable way of phasing allelic variants within targets (2-200 kb in length) with the low cost and high accuracy of short-read sequencing.

The study identified a set of species-specific SNPs (ssSNPs) distinguishing between American populations of Elaeis oleifera and African populations of Elaeis guineensis. These ssSNPs exhibited the expected proportions of E. oleifera and E. guineensis alleles in the first generation of E. oleifera and E. guineensis hybrids (OxGF1) as well as in backcross 1 (BC1) and backcross 2 (BC2) populations. Application of the ssSNPs across 12 natural Elaeis hybrids identified in the E. oleifera germplasm collection previously assembled from South and Central America revealed allelic proportions similar to OxGF1 and backcrosses (BC). Inbreeding coefficients (Fis) in the 12 natural hybrids were within the range usually found in OxGF1 and backcross hybrids, below the pure, wild oleiferas. In addition, phenotypic evaluation (pollen shape and leaf planation) of selected natural hybrids identified using ssSNPs confirmed that the observed morphology was generally similar to laboratory-bred OxGF1 and backcross populations. Introduction of E. guineensis for commercial purposes into the American oil palm collection is an active component of the hybrid breeding program and could have inadvertently resulted in natural hybrids in the germplasm collection. We also identified forty-four palms with high sequence polymorphism to be shortlisted for conservation, which can cumulatively preserve 90% of the diversity present in the E. oleifera germplasm collection.