Parental Influences Genomic imprinting results in the preferential expression of either the paternally or the maternally inherited allele of certain genes. Two papers by Gregg et al. (p. 643 , published online 8 July; and p. 682 , published online 8 July; see the Perspective by Wilkinson ) use a genome-wide approach to characterize the repertoire of genes with parent-of-origin allelic effects in the mouse embryonic and adult brain. The studies uncovered over 1300 loci with maternal or paternal allelic bias. Comparison of the parent-of-origin allelic expression bias in the adult hypothalamus and cortex, and in the developing brain, revealed spatiotemporal, sex-specific, and isoform-specific regulation. Parent-of-origin effects thus represent a major and dynamic mode of epigenetic regulation of gene expression in the brain.

Genetically modified organisms (GMOs) are increasingly deployed at large scales and in open environments. Genetic biocontainment strategies are needed to prevent unintended proliferation of GMOs in natural ecosystems. Existing biocontainment methods are insufficient because they impose evolutionary pressure on the organism to eject the safeguard by spontaneous mutagenesis or horizontal gene transfer, or because they can be circumvented by environmentally available compounds. Here we computationally redesign essential enzymes in the first organism possessing an altered genetic code (Escherichia coli strain C321.ΔA) to confer metabolic dependence on non-standard amino acids for survival. The resulting GMOs cannot metabolically bypass their biocontainment mechanisms using known environmental compounds, and they exhibit unprecedented resistance to evolutionary escape through mutagenesis and horizontal gene transfer. This work provides a foundation for safer GMOs that are isolated from natural ecosystems by a reliance on synthetic metabolites. Essential enzymes in genetically modified organisms are computationally redesigned to functionally depend on non-standard amino acids, thereby achieving biocontainment with unprecedented resistance to escape by evolution or by supplementation with environmental metabolites. Two manuscripts published in this issue of Nature describe independent approaches towards generating an organism dependent on unnatural amino acids, a development which could find applications for biocontainment and exploration of previously unsampled fitness landscapes. George Church and colleagues redesigned essential enzymes in an organism (Escherichia coli) with an altered genetic code to make it metabolically dependent on non-standard amino acids for survival. The resulting genetically modified organisms (GMOs) cannot metabolically circumvent their biocontainment mechanisms and show unprecedented resistance to evolutionary escape. The few escapees are rapidly outcompeted by unmodified organisms. Using multiplex automated genome engineering, Farren Isaacs and colleagues construct a series of genomically recoded organisms whose growth is restricted by the expression of essential genes that depend on exogenously supplied synthetic amino acids. They constructed synthetic auxotrophs with advanced orthogonal barriers between engineered organisms and the environment, thereby creating safer GMOs.

SUMMARY Dopa decarboxylase (DDC) regulates the synthesis of monoaminergic neurotransmitters and is linked to psychiatric and metabolic disorders. Ddc exhibits complex genomic imprinting effects that have not been functionally studied. Here, we investigate different noncanonical imprinting effects at the cellular level with a focus on Ddc . Using allele-specific reporter mice, we found Ddc exhibits dominant expression of the maternal allele in subpopulations of cells in 14 of 52 brain regions, and dominant paternal or maternal allele expression in adrenal cell subpopulations. Maternal versus paternal Ddc allele null mutations differentially affect offspring social, foraging and exploratory behaviors. Machine learning analyses of naturalistic foraging in Ddc −/+ and +/− offspring uncovered finite behavioral sequences controlled by the maternal versus paternal Ddc alleles. Additionally, parental Ddc genotype is revealed to affect behavior independent of offspring genotype. Thus, Ddc is a hub of maternal and paternal influence on behavior that mediates diverse imprinting and parental effects. HIGHLIGHTS Dopa decarboxylase (Ddc) allelic expression resolved at the cellular level Cells differentially express maternal versus paternal Ddc alleles Maternal and paternal Ddc alleles control distinct behavioral sequences Parental Ddc genotype affects offspring independent of mutation transmission eTOC Allelic reporter mice and machine learning analyses reveal dopa decarboxylase is affected by diverse imprinting and parental effects that shape finite behavioral sequences in sons and daughters.

Abstract Disease susceptibility and resistance comprise important factors in conservation, particularly in elephants. To determine genetic mechanisms underlying disease resistance and other unique elephant traits, we estimated 862 and 1,017 potential regulatory elements in Asian and African elephants, respectively. These elements are significantly enriched in both species with differentially expressed genes involved in immunity pathways, including tumor-necrosis factor which plays a role in the response to elephant endotheliotropic herpesvirus (EEHV). Population genomics analyses indicate that amplified TP53 retrogenes are maintained by purifying selection and may contribute to cancer resistance in elephants, including less malignancies in African vs. Asian elephants. Positive selection scans across elephant genomes revealed genes that may control iconic elephant traits such as tusk development, memory, and somatic maintenance. Our study supports the hypothesis that interspecies variation in gene regulation contributes to differential inflammatory responses leading to increased infectious disease and cancer susceptibility in Asian versus African elephants. Genomics can inform functional immunological studies which may improve both conservation for elephants and human therapies.

Our study elucidates functional roles for conserved

Introduction Cancer-associated cachexia (CC) is a progressive syndrome characterized by unintentional weight loss, muscle atrophy, fatigue, and poor outcomes that affects most patients with pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). The ability to identify and classify CC stage along its continuum early in the disease process is challenging but critical for management. Objectives The main objective of this study was to determine the prevalence of CC stage overall and by sex and race and ethnicity among treatment-naïve PDAC cases using clinical, nutritional, and functional criteria. Secondary objectives included identifying the prevalence and predictors of higher symptom burden, supportive care needs, and quality of life (QoL), and examining their influence on overall survival (OS). Materials and methods A population-based multi-institutional prospective cohort study of patients with PDAC was conducted between 2018 and 2021 by the Florida Pancreas Collaborative. Leveraging patient-reported data and laboratory values, participants were classified at baseline into four stages [non-cachexia (NCa), pre-cachexia (PCa), cachexia (Ca), and refractory cachexia (RCa)]. Multivariate regression, Kaplan Meier analyses, and Cox regression were conducted to evaluate associations. Results CC stage was estimated for 309 PDAC cases (156 females, 153 males). The overall prevalence of NCa, PCa, Ca, and RCa was 12.9%, 24.6%, 54.1%, and 8.4%, respectively. CC prevalence across all CC stages was highest for males and racial and ethnic minorities. Criteria differentiated NCa cases from other groups, but did not distinguish PCa from Ca. The most frequently reported symptoms included weight loss, fatigue, pain, anxiety, and depression, with pain significantly worsening over time. The greatest supportive care needs included emotional and physical domains. Males, Black people, and those with RCa had the worst OS. Conclusions Using clinical, nutritional, and functional criteria, nearly one-quarter of the PDAC cases in our diverse, multi-institutional cohort had PCa and 62.5% had Ca or RCa at the time of diagnosis. The PCa estimate is higher than that reported in prior studies. We recommend these criteria be used to aid in CC classification, monitoring, and management of all incident PDAC cases. Findings also highlight the recommendation for continued emotional support, assistance in alleviating pain, and supportive care needs throughout the PDAC treatment journey.

Bacterial genome editing methods are used to engineer strains for biotechnology and fundamental research. Homologous recombination (HR) is the most versatile method of genome editing, but traditional techniques using endogenous RecA-mediated pathways are inefficient and laborious. Phage encoded RecT proteins can improve HR over 1000-fold, but these proteins have limited portability between species. Using Escherichia coli, Lactococcus lactis, Mycobacterium smegmatis, Lactobacillus rhamnosus, and Caulobacter crescentus we investigated the host-limited functionality of RecTs. We find that these proteins specifically recognize the 7 C-terminal amino acids of the bacterial single-stranded DNA-binding protein (SSB), and are portable between species only if compatibility with this host domain is maintained. Furthermore, in some species, we find that co-expressing otherwise incompatible RecTs with a paired bacterial SSB is sufficient to establish functionality. Finally, we demonstrate that high-efficiency HR surpasses the mutational capacity of more widely used error-prone methods for genome diversification, and can be used to identify exceptional phenotypes inaccessible through sequential nucleotide conversions.### Competing Interest StatementG.M.C. is a founder of 64-x, Enevolv, and GRO Biosciences. G.T.F, T.M.W., and G.M.C. are named inventors on a patent application related to the technologies described in this article. Other potentially relevant financial interests are listed at http://arep.med.harvard.edu/gmc/tech.html.

SUMMARY Complex ethological behaviors could be constructed from modules that are discrete functional units of behavior with a genetic basis. Here, we test this idea for foraging, and develop a paradigm to dissect foraging patterns in mice. We uncover discrete behavioral modules linked to round trip excursions from the home. Machine learning reveals 59 modules across different genetic backgrounds and ages. Different modules develop at different ages and are linked to different aspects of economic behavior, including memory, reward, risk and effort responses. Crosses of distant mouse strains reveal that parental and genetic effects shape foraging differently, and parental effects grow stronger with age. Specific behavioral modules, genes and pathways are found to be sensitive to parental effects. One candidate gene, Magel2 , is linked to Prader-Willi Syndrome and shaped the expression of discrete modules in an age-dependent manner. Our results reveal building blocks for normal and abnormal economic behavior patterns. HIGHLIGHTS Identification of 59 economic behavior modules underlying foraging Discrete modules are linked to memory, reward, risk and effort responses Genetic and parental effects shape foraging by changing module expression Magel2 , a Prader-Willi Syndrome gene, affects specific modules at specific ages

Exploiting bacteriophage-derived homologous recombination processes has enabled precise, multiplex editing of microbial genomes and the construction of billions of customized genetic variants in a single day. The techniques that enable this, Multiplex Automated Genome Engineering (MAGE) and directed evolution with random genomic mutations (DIvERGE), are however currently limited to a handful of microorganisms for which single-stranded DNA-annealing proteins (SSAPs) that promote efficient recombineering have been identified. Thus, to enable genome-scale engineering in new hosts, highly efficient SSAPs must first be found. Here we introduce a high-throughput method for SSAP discovery that we call Serial Enrichment for Efficient Recombineering (SEER). By performing SEER in E. coli to screen hundreds of putative SSAPs, we identify highly active variants PapRecT and CspRecT. CspRecT increases the efficiency of single-locus editing to as high as 50% and improves multiplex editing by 5 to 10-fold in E. coli, while PapRecT enables efficient recombineering in Pseudomonas aeruginosa, a concerning human pathogen. CspRecT and PapRecT are also active in other, clinically and biotechnologically relevant enterobacteria. We envision that the deployment of SEER in new species will pave the way toward pooled interrogation of genotype-to-phenotype relationships in previously intractable bacteria.

Elucidating the genetic basis of mammalian metabolism could help define mechanisms central to health and disease. Here, we define conserved