Summary Citrus canker, caused by Xanthomonas citri subsp. citri ( Xcc ), is severely damaging to the global citrus industry. Targeted editing of host disease‐susceptibility genes represents an interesting and potentially durable alternative in plant breeding for resistance. Here, we report improvement of citrus canker resistance through CRISPR /Cas9‐targeted modification of the susceptibility gene Cs LOB 1 promoter in citrus. Wanjincheng orange ( Citrus sinensis Osbeck) harbours at least three copies of the Cs LOB 1 G allele and one copy of the Cs LOB 1 − allele. The promoter of both alleles contains the effector binding element ( EBE P thA4 ), which is recognized by the main effector PthA4 of Xcc to activate Cs LOB 1 expression to promote citrus canker development. Five pC as9/Cs LOB 1sg RNA constructs were designed to modify the EBE P thA4 of the Cs LOB 1 promoter in Wanjincheng orange. Among these constructs, mutation rates were 11.5%–64.7%. Homozygous mutants were generated directly from citrus explants. Sixteen lines that harboured EBE P thA4 modifications were identified from 38 mutant plants. Four mutation lines (S2‐5, S2‐6, S2‐12 and S5‐13), in which promoter editing disrupted Cs LOB 1 induction in response to Xcc infection, showed enhanced resistance to citrus canker compared with the wild type. No canker symptoms were observed in the S2‐6 and S5‐13 lines. Promoter editing of Cs LOB 1 G alone was sufficient to enhance citrus canker resistance in Wanjincheng orange. Deletion of the entire EBE P thA4 sequence from both Cs LOB 1 alleles conferred a high degree of resistance to citrus canker. The results demonstrate that CRISPR /Cas9‐mediated promoter editing of Cs LOB 1 is an efficient strategy for generation of canker‐resistant citrus cultivars.

Abstract High-throughput chromosome conformation capture (Hi-C) technique profiles the genomic structure in a genome-wide fashion. The reproducibility and consistency of Hi-C data are essential in characterizing dynamics of genomic structures. We developed a diffusion-based method, C T G (Hi-C To Geometry), to deal with the technical bias induced by insufficient sampling in sequencing and obtain reliable gemeotric information of the chromatin. C T G properly quantifies dubiously weak or even undetected interactions and produces a consistent and reproducible framework for the 3D genomic structure. C T G allows for a reliable genome-wide insight on the alteration of genomic structures under different cellular conditions and reveals correlations between genomic-proximal genes at both transcriptional and translational levels. Cell-specific correspondence between gene-gene and corresponding protein-protein physical interactions, as well as that with the transcription correlation reveals the coordinated inter-molecular structural and regulatory information passage in the central dogma.

Epigenetic alterations, such as those in chromatin structure and DNA methylation, have been extensively studied in a number of tumor types. But oral cancer, particularly oral adenocarcinoma, has received far less attention. Here, we combined laser-capture microdissection and muti-omics mini-bulk sequencing to systematically characterize the epigenetic landscape of oral cancer, including chromatin architecture, DNA methylation, H3K27me3 modification, and gene expression. In carcinogenesis, tumor cells exhibit reorganized chromatin spatial structures, including compromised compartment structures and altered gene-gene interaction networks. Notably, some structural alterations are observed in phenotypically non-malignant paracancerous but not in normal cells. We developed transformer models to identify the cancer propensity of individual genome loci, thereby determining the carcinogenic status of each sample. Insights into cancer epigenetic landscapes provide evidence that chromatin reorganization is an important hallmark of oral cancer progression, which is also linked with genomic alterations and DNA methylation reprogramming. In particular, regions of frequent copy number alternations in cancer cells are associated with strong spatial insulation in both cancer and normal samples. Aberrant methylation reprogramming in oral squamous cell carcinomas is closely related to chromatin structure and H3K27me3 signals, which are further influenced by intrinsic sequence properties. Our findings indicate that structural changes are both significant and conserved in two distinct types of oral cancer, closely linked to transcriptomic alterations and cancer development. Notably, the structural changes remain markedly evident in oral adenocarcinoma despite the considerably lower incidence of genomic copy number alterations and lesser extent of methylation alterations compared to squamous cell carcinoma. We expect that the comprehensive analysis of epigenetic reprogramming of different types and subtypes of primary oral tumors can provide additional guidance to the design of novel detection and therapy for oral cancer.

Hair dyes (HDs) are mainly composed of various benzene series, amines, and phenolic compounds. These ingredients are well known to have allergenic, teratogenic, and carcinogenic properties. As such, the presence of these ingredients in HDs has received increased attention in recent years. At present, the applications of traditional analytical and detection methods and commercial chromatographic columns are limited by problems such as poor qualitative analysis and inaccurate quantification. Thus, the development of new analytical and detection technologies and stationary phases is an urgent endeavor. Moreover, HDs contain complex compounds and exhibit significant matrix interference. Hence, appropriate sample pretreatment methods are necessary to analyze HDs. In this study, the 3D nonpolar rigid structure of triptycene (TP) was combined with the polar flexible chains of polyethylene glycol (PEG) to design and synthesize a TP derivative, TP-PEG, as a stationary phase for chromatographic columns. The stationary phase enabled the expansion of the selection range for polar and nonpolar analytes. Subsequently, gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was used to quantitatively analyze 22 ingredients in HDs. The experimental results demonstrated that analytes with different polarities exhibited sharp and symmetrical peak shapes on the stationary phase, and all 22 analytes achieved baseline separation on the chromatographic column. The 22 ingredients in HDs showed good linear relationships within their respective ranges, with correlation coefficients greater than 0.9985. The average recovery rates at three spiked levels were in the range of 89.2%-103.2%, and RSDs were less than 5%. Compared with traditional methods, the proposed method has higher efficiency and better accuracy, thus verifying the excellent separation performance of the new stationary phase and the effectiveness of the established GC-MS detection method. The findings indicated the applicability of the developed method to the detection and analysis of various compounds in HDs.

Abstract Citrus bacterial canker (CBC) is a disease that poses a major threat to global citrus production and is caused by infection with Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc). Wall-associated receptor-like kinase (WAKL) proteins play an important role in shaping plant resistance to various bacterial and fungal pathogens. In a previous report, CsWAKL01 was identified as a candidate Xcc-inducible gene found to be up-regulated in CBC-resistant citrus plants. However, the functional role of CsWAKL01 and the mechanisms whereby it may influence resistance to CBC have yet to be clarified. Here, CsWAKL01 was found to localize to the plasma membrane, and the overexpression of the corresponding gene in transgenic sweet oranges resulted in pronounced enhancement of CBC resistance, whereas its knockdown had the opposite effect. Mechanistically, the effect of CsWAKL01 was linked to its ability to reprogram jasmonic acid, salicylic acid, and abscisic acid signaling activity. CsWRKY53 was further identified as a transcription factor capable of directly binding to the CsWAKL01 promoter and inducing its transcriptional up-regulation. CsWRKY53 silencing conferred greater CBC susceptibility to infected plants. Overall, these data support a model wherein CsWRKY53 functions as a positive regulator of CsWAKL01 to enhance resistance to CBC via the reprogramming of phytohormone signaling. Together these results offer new insights into the mechanisms whereby WAKLs shape phytopathogen resistance while underscoring the potential value of targeting the CsWRKY53–CsWAKL01 axis when seeking to breed CBC-resistant citrus plant varieties.

Abstract Dinucleotide densities and their distribution patterns vary significantly among species. Previous studies revealed that CpG is susceptible to methylation, enriched at topologically associating domains (TADs) boundaries and its distribution along the genome correlates with chromatin compartmentalization. However, the multi-scale organizations of CpG in the linear genome, their role in chromatin organization, and how they change along the evolution are only partially understood. By comparing the CpG distribution at different genomic length scales, we quantify the difference between the CpG distributions of different species and evaluate how the hierarchical uneven CpG distribution appears in evolution. The clustering of species based on the CpG distribution is consistent with the phylogenetic tree. Interestingly, we found the CpG distribution and chromatin structure to be correlated in many different length scales, especially for mammals and avians, consistent with the mosaic CpG distribution in the genomes of these species.

Abstract The CpG dinucleotide and its methylation play vital roles in gene regulation as well as 3D genome organization. Previous studies have divided genes into several categories based on the CpG intensity around transcription starting sites (TSS) and found that housekeeping genes tend to possess high CpG density while tissue-specific genes are generally characterized by low CpG density. In this study, we investigated how the CpG density distribution of a gene affects its transcription and regulation pattern. Based on the CpG density distribution around TSS, the human genes are clearly divided into different categories. Not only sequence properties, these different clusters exhibited distinctly different structural features, regulatory mechanisms, and correlation patterns between expression level and CpG/TpG density. These results emphasized that the usage of epigenetic marks in gene regulation is partially rooted in the sequence property of genes, such as their CpG density distribution.

The auxin early response gene Gretchen Hagen3 (GH3) plays dual roles in plant development and responses to biotic or abiotic stress. It functions in regulating hormone homeostasis through the conjugation of free auxin to amino acids. In citrus, GH3.1 and GH3.1L play important roles in responding to Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc). Here, in Wanjingcheng orange (C. sinensis Osbeck), the overexpression of CsGH3.1 and CsGH3.1L caused increased branching and drooping dwarfism, as well as smaller, thinner and upward curling leaves compared with wild-type. Hormone determinations showed that overexpressing CsGH3.1 and CsGH3.1L decreased the free auxin contents and accelerated the Xcc-induced decline of free auxin levels in transgenic plants. A resistance analysis showed that transgenic plants had reduced susceptibility to citrus canker, and a transcriptomic analysis revealed that hormone signal transduction-related pathways were significantly affected by the overexpression of CsGH3.1 and CsGH3.1L. A MapMan analysis further showed that overexpressing either of these two genes significantly downregulated the expression levels of the annotated auxin/indole-3-acetic acid family genes and significantly upregulated biotic stress-related functions and pathways. Salicylic acid, jasmonic acid, abscisic acid, ethylene and zeatin levels in transgenic plants displayed obvious changes compared with wild-type. In particular, the salicylic acid and ethylene levels involved in plant resistance responses markedly increased in transgenic plants. Thus, the overexpression of CsGH3.1 and CsGH3.1L reduces plant susceptibility to citrus canker by repressing auxin signaling and enhancing defense responses. Our study demonstrates auxin homeostasis’ potential in engineering disease resistance in citrus.