In karst mountainous area, the strong spatial heterogeneity of the natural geography and the complexity of the human activities have led to significant variability and uncertainty in the process of ecosystem services (ESs). The trade-offs/synergies of ESs and its driving forces change with space significantly, which are not only related to the natural environment but also affected by socioeconomic factors. Clarifying the spatial distribution and compositional structure of the ecological functional zone and understanding the main driving factors of the trade-offs and synergies among multiple ESs are essential for scientific management and restoration of karst ecosystems. The objective of this study was to explore the driving forces of the trade-offs/synergies for each ecosystem service bundle (ESB) and to develop differentiated ecological management strategies based on the ecological characteristics. In this study, six ESs (i.e., water yield (WY), soil conservation (SC), net primary productivity (NPP), habitat quality (HQ), recreation services (RS), and food production (FP)) were quantified in the Wujiang Basin. Based on this, the spatial distribution and land use types of the coldspots/hotspots were analyzed. Then, the K-means algorithm was used to identify the ESBs. According to the ecological structural characteristics of the ESBs, the ecological functional zones were divided. Furthermore, the trade-offs/synergies and their driving factors among the ESs in each ESB were analyzed using Pearson correlation analysis and geographical detector. The results showed that the land use types significantly affected the spatial distribution of multiple ES coldspots/hotspots. The ES hotspots were mainly concentrated in the forest areas, while the coldspots were concentrated in the urban and farmland areas. Based on the spatial distributions and ecological features of the ESBs, the Wujiang Basin was divided into food supply area, habitat transition area, cultural recreation area, and ecological balance area. There were synergistic relationships between the SC and WY and between the SC and NPP in every functional zone. Precipitation and its interactions with other factors were the main driving forces that influenced the trade-off between the WY and FP in both the food supply area and the habitat transition area. The normalized difference vegetation index (NDVI) was the dominant factor that affected the spatial pattern of the trade-off between the FP and NPP in the cultural recreation area. This deeper understanding of the trade-offs/synergies in each functional zone provides a scientific basis for territorial spatial planning and ES optimization in the karst mountainous area.

In prevailing epithelial polarity models, membrane-based polarity cues (e.g., the partitioning-defective PARs) position apicobasal cellular membrane domains. Intracellular vesicular trafficking expands these domains by sorting apicobasal cargo towards them. How the polarity cues are polarized and how sorting confers long-range vesicle directionality is still unclear. Here, a systems-based approach using two-tiered C. elegans genomics-genetics screens identifies trafficking molecules that are not implicated in apical sorting yet polarize apical membrane and PAR complex components. Live tracking of polarized membrane biogenesis suggests that the biosynthetic-secretory pathway, linked to recycling routes, is asymmetrically oriented towards the apical domain during its biosynthesis, upstream of PARs and independent of polarized target domains. This mode of membrane polarization could offer solutions to questions of current models of polarity and polarized trafficking.

Spatial and temporal changes in ecosystem services (ESs) are driven by two types of factors: environmental factors and trade-offs/synergies between services. In the ecological conservation red line (ECRL) area, in which national ecological security and social sustainable development are guaranteed, it is particularly important to clarify the driving mechanism of ESs for the management of ecosystems. In this study, soil conservation, water yield, and carbon sequestration in Beijing’s ECRL area are quantified, and GeoDetector is used to identify the factors influencing the trade-offs/synergies between ESs. Moreover, partial correlation analysis is used to calculate the net trade-offs/synergies and compare them with the extent to which environmental variables contribute to ESs. The results are as follows: environmental variables and trade-offs/synergies have different effects on the changes in ESs, and their interactions can enhance the determinative power of the corresponding individual variable. The land use intensity is an extremely important factor affecting the trade-offs/synergies between the three services, indicating that rational land use planning in Beijing’s ECRL area is crucial for avoiding the negative impacts of trade-offs and enabling coordinated optimization of ESs. After the elimination of the cross-influence of environmental variables, the trade-offs/synergies change significantly, and the impact of environmental variables on ESs is compared with the net trade-offs/synergies. Environmental variables are the driving forces of the spatiotemporal changes in soil conservation. Precipitation and carbon sequestration have similar effects on water yield. Spatiotemporal changes in carbon sequestration are closely related to the other two services, with smaller influences from environmental variables.

Enzymatic erasure of DNA methylation in mammals involves iterative 5-methylcytosine (5mC) oxidation by the ten-eleven translocation (TET) family of DNA dioxygenase proteins. As the most abundant form of oxidized 5mC, the prevailing model considers 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) as a key nexus in active DNA demethylation that can either indirectly facilitate replication-dependent depletion of 5mC by inhibiting maintenance DNA methylation machinery (UHRF1/DNMT1), or directly be iteratively oxidized to 5-formylcytosine (5fC) and 5-carboxycytosine (5caC) and restored to cytosine (C) through thymine DNA glycosylase (TDG)-mediated 5fC/5caC excision repair. In proliferative somatic cells, to what extent TET-dependent removal of 5mC entails indirect DNA demethylation via 5hmC-induced replication-dependent dilution or direct iterative conversion of 5hmC to 5fC/5caC is unclear. Here we leverage a catalytic processivity stalling variant of human TET1 (TET1.var: T1662E) to decouple the stepwise generation of 5hmC from subsequent 5fC/5caC generation, excision and repair. By using a CRISPR/dCas9-based epigenome-editing platform, we demonstrate that 5fC/5caC excision repair (by wild-type TET1, TET1.wt), but not 5hmC generation alone (by TET1.var), is requisite for robust restoration of unmodified cytosines and reversal of somatic silencing of the methylation-sensitive, germline-specific RHOXF2B gene promoter. Furthermore, integrated whole-genome multi-modal epigenetic sequencing reveals that hemi-hydroxymethylated CpG dyads predominantly resist replication-dependent depletion of 5mC on the opposing strand in TET1.var-expressing cells. Notably, TET1.var-mediated 5hmC generation is sufficient to induce similar levels of differential gene expression (compared to TET1.wt) without inducing major changes in unmodified cytosine profiles across the genome. Our study suggests 5hmC alone plays a limited role in driving replication-dependent DNA demethylation in the presence of functional DNMT1/UHRF1 mechanisms, but can regulate gene expression as a bona fide epigenetic mark in proliferative somatic cells.

Abstract In prevailing epithelial polarity models, membrane-based polarity cues such as the partitioning-defective PARs specify the positions and identities of apicobasal membrane domains. Recent findings suggest, however, that vesicle-associated polarity cues specify membrane polarity by positioning the apical domain, upstream of membrane-based polarity cues. These findings raised the question how vesicles acquire apicobasal directionality independent of polarized target membrane domains. Here, we show that the apical directionality of vesicle trajectories depends on intracellular actin dynamics during the establishment of membrane polarity in the C. elegans intestine. We find that actin, powered by branched-chain actin dynamics, determines the position of apical membrane components, PARs, and itself on expanding membranes. Using photomodulation, we demonstrate that F-actin travels through the cytoplasm and along the cortex towards the future apical domain. Our findings suggest an alternative polarity model where actin-dependent directional trafficking inserts the nascent apical domain into the growing membrane to partition its apicobasal domains.

The karst regions in southwest China are integral to maintaining regional ecological security. However, escalating human activities in these areas have intensified soil erosion and landscape fragmentation. Clarifying the role of landscape patterns in karst regions as drivers of soil erosion processes is essential for providing crucial support in mitigating regional soil erosion. By utilizing unmanned aerial vehicle detection, this study examined the soil erosion characteristics, driving factors, and interaction effects in peak-cluster depression landscapes. The investigation was conducted at multiple scales, including peak-cluster depression, grid, and patch levels, under the combined ecology–agriculture, ecology–economy and near–nature landscape utilization types. Furthermore, an optimal landscape pattern for alleviating soil erosion was identified. The research findings indicate that the proportions of mild and moderate erosion were higher in the ecology-agriculture landscape utilization type compared to the other two landscapes. In the ecology-economy type, slight soil erosion predominated. Increasing vegetation cover led to a decrease in soil erosion risk in the near-nature landscape utilization type. The interaction effects among factors contributed to an enhanced explanatory power for soil erosion. Particularly, the synergistic effect between vegetation coverage and land use exhibited the most significant influence on soil erosion. The mosaic distribution pattern of soil erosion sources and sinks, as well as the distribution pattern of fragmented source and aggregated sink distribution pattern, effectively mitigated soil loss, leading to reduced soil erosion rates.