Abstract Large structural variations (SVs) within genomes are more challenging to identify than smaller genetic variants but may substantially contribute to phenotypic diversity and evolution. We analyse the effects of SVs on gene expression, quantitative traits and intrinsic reproductive isolation in the yeast Schizosaccharomyces pombe . We establish a high-quality curated catalogue of SVs in the genomes of a worldwide library of S. pombe strains, including duplications, deletions, inversions and translocations. We show that copy number variants (CNVs) show a variety of genetic signals consistent with rapid turnover. These transient CNVs produce stoichiometric effects on gene expression both within and outside the duplicated regions. CNVs make substantial contributions to quantitative traits, most notably intracellular amino acid concentrations, growth under stress and sugar utilization in winemaking, whereas rearrangements are strongly associated with reproductive isolation. Collectively, these findings have broad implications for evolution and for our understanding of quantitative traits including complex human diseases.

Abstract Large structural variations (SVs) in the genome are harder to identify than smaller genetic variants but may substantially contribute to phenotypic diversity and evolution. Here we analyze the effects of SVs on gene expression, quantitative traits, and intrinsic reproductive isolation in the yeast Schizosaccharomyces pombe . We establish a high-quality curated catalog of SVs in the genomes of a worldwide library of S. pombe strains, including duplications, deletions, inversions and translocations. We show that copy number variants (CNVs) frequently segregate within closely related clonal populations, are weakly linked to single nucleotide polymorphisms (SNPs), and show other genetic signals consistent with rapid turnover. These transient CNVs produce stoichiometric effects on gene expression both within and outside the duplicated regions. CNVs make substantial contributions to quantitative traits such as cell shape, cell growth under diverse conditions, sugar utilization in winemaking, whereas rearrangements are strongly associated with reproductive isolation. Collectively, these findings have broad implications for evolution and for our understanding of quantitative traits including complex human diseases.

Eukaryotic genomes express numerous long intergenic non-coding RNAs (lincRNAs) that do not overlap any coding genes. Some lincRNAs function in various aspects of gene regulation, but it is not clear in general to what extent lincRNAs contribute to the information flow from genotype to phenotype. To explore this question, we systematically analyzed cellular roles of lincRNAs in Schizosaccharomyces pombe. Using seamless CRISPR/Cas9-based genome editing, we deleted 141 lincRNA genes to broadly phenotype these mutants, together with 238 diverse coding-gene mutants for functional context. We applied high-throughput colony-based assays to determine mutant growth and viability in benign conditions and in response to 145 different nutrient, drug and stress conditions. These analyses uncovered phenotypes for 47.5% of the lincRNAs and 96% of the protein-coding genes. For 110 lincRNA mutants, we also performed high-throughput microscopy and flow-cytometry assays, linking 37% of these lincRNAs with cell-size and/or cell-cycle control. With all assays combined, we detected phenotypes for 84 (59.6%) of all lincRNA deletion mutants tested. For complementary functional inference, we analyzed colony growth of strains ectopically overexpressing 113 lincRNA genes under 47 different conditions. Of these overexpression strains, 102 (90.3%) showed altered growth under certain conditions. Clustering analyses provided further functional clues and relationships for some of the lincRNAs. These rich phenomics datasets associate lincRNA mutants with hundreds of phenotypes, indicating that most of the lincRNAs analyzed exert cellular functions in specific environmental or physiological contexts. This study provides groundwork to further dissect the roles of these lincRNAs in the relevant conditions.

Increasing average population age, and the accompanying burden of ill health, is one of the public health crises of our time. Understanding the basic biology of the ageing process may help ameliorate the pathologies that characterise old age. Ageing can be modulated, often through changes in gene expression where regulation of transcription plays a pivotal role. Activities of Forkhead transcription factors (TFs) are known to extend lifespan, but detailed knowledge of the broader transcriptional networks that promote longevity is lacking. This study focuses on the E twenty-six (ETS) family of TFs. This family of TFs is large, conserved across metazoa, and known to play roles in development and cancer, but the role of its members in ageing has not been studied extensively. In Drosophila, an ETS transcriptional repressor, Aop, and an ETS transcriptional activator, Pnt, are known to genetically interact with Foxo and activating Aop is sufficient to extend lifespan. Here, it is shown that Aop and Foxo effect a related gene-expression programme. Additionally, Aop can modulate Foxos transcriptional output to moderate or synergise with Foxo activity depending on promoter context, both in vitro and in vivo. In vivo genome-wide mRNA expression analysis in response to Aop, Pnt or Foxo indicated, and further experiments confirmed, that combinatorial activities of the three TFs dictate metabolic status, and that direct reduction of Pnt activity is sufficient to promote longevity. The role of ETS factors in longevity was not limited to Pnt and Aop. Knockdown of Ets21c or Eip74EF in distinct cell types also extended lifespan, revealing that lifespan is limited by transcription from the ETS binding site in multiple cellular contexts. Reducing the activity of the C. elegans ETS TF Lin-1 also extended lifespan, a finding that corroborates established evidence of roles of this TF family in ageing. Altogether, these results reveal the ETS family of TFs as pervasive and evolutionarily conserved brokers of longevity.

Background: Non-protein-coding regions of eukaryotic genomes remain poorly understood. Diversity studies, comparative genomics and biochemical outputs of genomic sites can be indicators of functional elements, but none produce fine-scale genome-wide descriptions of all functional elements. Results: Towards the generation of a comprehensive description of functional elements in the haploid Schizosaccharomyces pombe genome, we generated transposon mutagenesis libraries to a density of one insertion per 13 nucleotides of the genome. We applied a five-state hidden Markov model (HMM) to characterise insertion-depleted regions at nucleotide-level resolution. HMM-defined functional constraint was consistent with genetic diversity, comparative genomics, gene-expression data and genome annotation. Conclusions: We infer that transposon insertions lead to fitness consequences in 90% of the genome, including 80% of the non-protein-coding regions, reflecting the presence of numerous non-coding elements in this compact genome that have functional roles. Display of this data in genome browsers provides fine-scale views of structure-function relationships within specific genes.