Genetic variants affecting gene expression levels are a major source of phenotypic variation. The approximate locations of these variants can be mapped as expression quantitative trait loci (eQTLs); however a major limitation of eQTLs is their low resolution, which precludes investigation of the causal variants and their molecular mechanisms. Here we report RNA-seq and full genome sequences for 85 diverse isolates of the yeast Saccharomyces cerevisiae - including wild, domesticated, and human clinical strains - which allowed us to perform eQTL mapping with 50-fold higher resolution than previously possible. In addition to variants in promoters, we uncovered an important role for variants in 3' untranslated regions, especially those affecting binding of the PUF family of RNA-binding proteins. The eQTLs are predominantly under purifying selection, particularly those affecting essential genes and conserved genes. However, applying the sign test for lineage-specific selection revealed the polygenic up-regulation of dozens of biofilm suppressor genes in strains isolated from human patients, consistent with the key role of biofilms in fungal pathogenicity. In addition, a single variant in the promoter of a biofilm suppressor, NIT3, showed the strongest genome-wide association with clinical origin. Altogether our results demonstrate the power of high-resolution eQTL mapping in understanding the molecular mechanisms of regulatory variation, as well as the natural selection acting on this variation that drives adaptation to environments ranging from laboratories to vineyards to the human body.

The study of allele-specific expression (ASE) in interspecific hybrids has played a central role in our understanding of a wide range of phenomena, including genomic imprinting, X-chromosome inactivation, and cis-regulatory evolution. However across the hundreds of studies of hybrid ASE, all have been restricted to sexually reproducing eukaryotes, leaving a major gap in our understanding of the genomic patterns of cis-regulatory evolution in prokaryotes. Here we introduce a method to generate stable hybrids between two species of halophilic archaea, and measure genome-wide ASE in these hybrids with RNA-seq. We found that over half of all genes have significant ASE, and that genes encoding kinases show evidence of lineage-specific selection on their cis-regulation. This pattern of polygenic selection suggested species-specific adaptation to low phosphate conditions, which we confirmed with growth experiments. Altogether, our work extends the study of ASE to archaea, and suggests that cis-regulation can evolve under polygenic lineage-specific selection in prokaryotes.

Although single genes underlying several evolutionary adaptations have been identified, the genetic basis of complex, polygenic adaptations has been far more challenging to pinpoint. Here we report that the budding yeast Saccharomyces paradoxus has recently evolved resistance to citrinin, a naturally occurring mycotoxin. Applying a genome-wide test for selection on cis-regulation, we identified five genes involved in the citrinin response that are constitutively up-regulated in S. paradoxus. Four of these genes are necessary for resistance, and are also sufficient to increase the resistance of a sensitive strain when over-expressed. Moreover, cis-regulatory divergence in the promoters of these genes contributes to resistance, while exacting a cost in the absence of citrinin. Our results demonstrate how the subtle effects of individual regulatory elements can be combined, via natural selection, into a complex adaptation. Our approach can be applied to dissect the genetic basis of polygenic adaptations in a wide range of species.

Abstract Accumulating evidence indicates that G‐quadruplexes (G4s) are involved in transcriptional regulation. Previous studies have demonstrated that DHX36 preferentially resolves G4s, suggesting its potential impact on gene transcription mediated by these structures. However, systematic validation is required to establish a link between DHX36 activity and its roles in transcriptional regulation. In this study, we investigate the role of DHX36 in transcription. First, we employ the cleavage under targets and tagmentation (CUT&Tag), an efficient method for mapping protein–DNA interactions, to identify the binding sites in the chromatin of MCF‐7 cells. Subsequently, we use the auxin‐inducible degron (AID) protein degradation system and improved nascent RNA sequencing method acrylonitrile‐mediated uridine‐to‐cytidine conversion sequencing (AMUC‐seq) to pinpoint genes directly regulated by DHX36. Our results reveal a significant enrichment of G4 structures at DHX36 target sites, predominantly located in active genomic regions. In vitro assays further demonstrate DHX36's interaction with G4 sequences from three specific oncogenes. These findings underscore the potential role of DHX36 in modulating gene transcription through G4 structures.