Abstract The gut viral community has been linked to human physiology and health, but our knowledge of its genetic and functional contents and disease dependence is far from complete. Here, we collected 11,327 bulk or viral metagenomes from fecal samples from large-scale Chinese populations to establish a Chinese gut virus catalogue (cnGVC) comprising 67,096 nonredundant viral genomes. This catalogue included ∼70% of novel viruses that are not represented in existing gut viral databases, and allowed us to characterize the functional diversity and specificity of the gut virome. Using cnGVC, we 1) profiled the gut virome in large-scale populations and evaluated their sex- and age-related variations, 2) investigated the diversity and compositional patterns of the gut virome across common diseases by analyzing 6,314 bulk metagenomes spanning 28 disease or unhealthy statuses, and 3) identified a large number of universal viral signatures of diseases and validated their predictive ability for health status. Overall, our resources and results would contribute to the grand effort of expanding the knowledge of the human gut virome and addressing a full picture of the associations between viruses and common diseases.

Abstract Background Rheumatoid arthritis (RA) has been considered to be influenced by bacteria from the oral cavity and gut for many years. Despite potential impact of viruses in RA was mentioned in some studies, specific roles of oral and gut viromes in RA is still unclear. Results In this study, we observed the viral community variation in the oral and gut samples, performed a comparative analysis of oral and gut viromes in health controls, untreated and treated RA patients, and constructed interaction networks among viruses, bacteria, and RA-associated clinical indexes to address the potential associations between viral community and RA. The results showed that the viromes could be isolated from dental plaque, saliva, and feces samples, among which the saliva having the highest with in-sample diversity. Meanwhile, remarkable variations of viral diversity and composition in the oral (i.e., dental plaque and saliva) virome could be observed in RA patients and healthy controls yet in untreated and treated RA patients, with a relatively low variability in the gut virome. Distraction of viruses-bacteria interaction network was discovered in three sites of RA patients. In addition, some RA-associated oral taxa, including Lactococcus phage vOTU70, Bacteroides vulgatus, Lactococcus lactis, Escherichia coli, Neisseria elongate , were correlated to the RA-related clinical indexes. Conclusion Whole-virome analysis illustrated the potential role of oral and gut viral communities in the development of RA.

Abstract Background The escalating impacts of global warming intensify the detrimental effects of heat stress on crop growth and yield. Among the earliest and most vulnerable sites of damage is Photosystem II (PSII). Plants exposed to recurring high temperatures develop heat stress memory, a phenomenon that enables them to retain information from previous stress events to better cope with subsequent one. Understanding the components and regulatory networks associated with heat stress memory is crucial for the development of heat-resistant crops. Results Physiological assays revealed that heat priming (HP) enabled tall fescue to possess higher Photosystem II photochemical activity when subjected to trigger stress. To investigate the underlying mechanisms of heat stress memory, we performed comparative proteomic analyses on tall fescue leaves at S0 (control), R4 (primed), and S5 (triggering), using an integrated approach of Tandem Mass Tag (TMT) labeling and Liquid Chromatography-Mass Spectrometry. A total of 3,851 proteins were detected, with quantitative information available for 3,835 proteins. Among these, we identified 1,423 differentially abundant proteins (DAPs), including 526 proteins that were classified as Heat Stress Memory Proteins (HSMPs). GO and KEGG enrichment analyses revealed that the HSMPs were primarily associated with the “autophagy” in R4 and with “PSII repair”, “HSP binding”, and “peptidase activity” in S5. Notably, we identified 7 chloroplast-localized HSMPs (HSP21, DJC77, EGY3, LHCA4, LQY1, PSBR and DEGP8, R4/S0 > 1.2, S5/S0 > 1.2), which were considered to be effectors linked to PSII heat stress memory, predominantly in cluster 4. Protein-protein interaction (PPI) analysis indicated that the ubiquitin-proteasome system, with key nodes at UPL3, RAD23b, and UCH3, might play a role in the selective retention of memory effectors in the R4 stage. Furthermore, we conducted RT-qPCR validation on 12 genes, and the results showed that in comparison to the S5 stage, the R4 stage exhibited reduced consistency between transcript and protein levels, providing additional evidence for post-transcriptional regulation in R4. Conclusions These findings provide valuable insights into the establishment of heat stress memory under recurring high-temperature episodes and offer a conceptual framework for breeding thermotolerant crops with improved PSII functionality.

Abstract Background/purpose(s) The gut microbiota and its metabolites play crucial roles in pathogenesis of arthritis, highlighting gut microbiota as a promising avenue for modulating autoimmunity. However, the characterization of the gut virome in arthritis patients, including osteoarthritis (OA) and gouty arthritis (GA), requires further investigation. Methods We employed virus-like particle (VLP)-based metagenomic sequencing to analyze gut viral community in 20 OA patients, 26 GA patients, and 31 healthy controls, encompassing a total of 77 fecal samples. Results Our analysis generated 6819 vOTUs, with a considerable proportion of viral genomes differing from existing catalogs. The gut virome in OA and GA patients differed significantly from healthy controls, showing variations in diversity and viral family abundances. We identified 157 OA-associated and 94 GA-associated vOTUs, achieving high accuracy in patient-control discrimination with random forest models. OA-associated viruses were predicted to infect pro-inflammatory bacteria or bacteria associated with immunoglobulin A production, while GA-associated viruses were linked to Bacteroidaceae or Lachnospiraceae phages. Furthermore, several viral functional orthologs displayed significant differences in frequency between OA-enriched and GA-enriched vOTUs, suggesting potential functional roles of these viruses. Additionally, we trained classification models based on gut viral signatures to effectively discriminate OA or GA patients from healthy controls, yielding AUC values up to 0.97, indicating the clinical utility of the gut virome in diagnosing OA or GA. Conclusion Our study highlights distinctive alterations in viral diversity and taxonomy within gut virome of OA and GA patients, offering insights into arthritis etiology and potential treatment and prevention strategies. Graphical Abstract

MgCr2O4 is a potential infrared radiation material for high-temperature furnaces energy-saving. However, poisonous Cr6+ is easily formed in MgCr2O4-based materials during the preparation process, which is harmful to the environment. In this study, TiO2-doped MgCr2O4 materials were prepared at 1600 ℃ by solid-phase sintering method. The effects of TiO2 as a dopant on the infrared radiation properties of MgCr2O4 and the leaching concentration of Cr6+ were investigated, and the mechanism was discussed. Results show that the emissivity of MgCr2O4 in both near-infrared and mid-infrared bands is enhanced with the increase of TiO2 content, and the specimen MgCr1.6Ti0.4O4.2 has the highest average emissivity in the 0.8–2.5 μm and 2.5–10.0 μm bands, which are 0.82 and 0.87, respectively. Moreover, the addition of TiO2 significantly reduces the Cr6+ content of MgCr2O4, with the Cr6+ removal rate of MgCr1.6Ti0.4O4.2 up to 84.2 %.

Abstract Introduction Gut microbiome plays an important role in maintaining human health. Although mounting evidence has revealed the critical function of the gut bacteriome in the progression of CRC, the contribution of gut viral community to CRC is rarely studied. Objectives The present study aimed to reveal the gut virome signatures of colorectal adenoma patients and CRC patients and decipher the potential viral markers to build clinical predictive models for diagnosis. Methods 1,282 available fecal metagenomes data from 9 published CRC studies were collected. A new virus database was constructed based on a reference-independent virome approach for further analysis. Viral markers were filtered by statistical methods and used to build machine learning models such as Random Forest and Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO) to distinguish patients from controls. New fecal samples were collected to validate the generalization of predictive model. Results The gut viral composition of CRC patients was drastically altered compared with healthy, as evidenced by changes in several Siphoviridae viruses and a reduction of Microviridae, whereas the virome variation in adenoma patients was relatively low. The viral markers contained the phages of Porphyromonas , Fusobacterium , Hungatella , and Ruminococcaceae . In 9 cohorts and independent validation cohorts, a random forest (RF) classifier and LASSO model got the optimal AUC 0.830 and 0.906, respectively. While the gut virome analysis of adenoma patients identified 88 differential viruses and achieved an optimal AUC of 0.772 for discriminating patients from controls. Conclusion Our findings demonstrate the distinctly different composition of gut virome between healthy controls and CRC patients, and highlight the potential of viral markers for clinical diagnosis.

The laboratorial mouse harbors a unique gut microbiota with potential value for human microbiota-associated studies. Mouse gut microbiota has been explored at the genus and species levels, but features rarely been showed at the strain level. The identification of 833,051 and 658,438 nonredundant genes of faeces and gut content samples from the laboratorial C57/BL mice showed over half of these genes were newly found compared to the previous mouse gut microbial gene catalogue. Metagenome-assembled genomes (MAGs) was used to reconstruct 46 nonredundant MAGs belonging to uncultured specieses. These MAGs included members across all phyla in mouse gut (i.e. Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Deferribacteres, Verrucomicrobia, and Tenericutes) and allowed a strain-level delineating of the mouse gut microbiota. Comparison of MAGs with human gut colonies revealed distinctive genomic and functional characteristics of mouse's Bacteroidetes and Firmicutes strains. Genomic characteristics of rare phyla in mouse gut microbiota were demonstrated by MAG approach, including strains of Mucispirillum schaedleri , Parasutterella excrementihominis , Helicobacter typhlonius , and Akkermansia muciniphila .

Abstract Background Trillions of viruses inhabit the gastrointestinal tract. Some of them have been well-studied on their roles in infection and human health, but the majority remain unsurveyed. It has been established that the composition of the gut virome is highly variable based on the changes of diet, physical state, and environmental factors. However, the effect of host genetic factors, e.g. ethnic origin, on the gut virome is rarely investigated. Methods and Results Here, we characterized and compared the gut virome in a cohort of local Chinese residents and visiting Pakistani individuals, each group containing 24 healthy adults and 6 children. Using metagenomic shotgun sequencing and assembly of fecal samples, a huge number of viral operational taxonomic units (vOTUs) were identified for profiling the DNA and RNA viromes. National background contributed a primary variation to individuals’ gut virome. Compared with the Chinese adults, the Pakistan adults showed higher macrodiversity and different compositional and functional structures in their DNA virome and lower diversity and altered composition in their RNA virome. The virome variations of Pakistan children were inherited from the that of the adults but also tended to share similar characteristics with the Chinese cohort. We also analyzed and compared the bacterial microbiome between two cohorts and further revealed numerous connections between virus and bacterial host. Statistically, the gut DNA and RNA viromes were covariant to some extent ( p <0.001), and they both influenced the holistic bacterial composition and vice versa. Conclusions This study provides an overview of gut viral community in Chinese and visiting Pakistanis and proposes a considerable role of ethnic origin in shaping the virome.