Epigenetic states and certain environmental responses in mammals and seed plants can persist in the next sexual generation. These transgenerational effects have potential adaptative significance as well as medical and agronomic ramifications. Recent evidence suggests that some abiotic and biotic stress responses of plants are transgenerational. For example, viral infection of tobacco plants and exposure of Arabidopsis thaliana plants to UVC and flagellin can induce transgenerational increases in homologous recombination frequency (HRF). Here we show that exposure of Arabidopsis plants to stresses, including salt, UVC, cold, heat and flood, resulted in a higher HRF, increased global genome methylation, and higher tolerance to stress in the untreated progeny. This transgenerational effect did not, however, persist in successive generations. Treatment of the progeny of stressed plants with 5-azacytidine was shown to decrease global genomic methylation and enhance stress tolerance. Dicer-like (DCL) 2 and DCL3 encode Dicer activities important for small RNA-dependent gene silencing. Stress-induced HRF and DNA methylation were impaired in dcl2 and dcl3 deficiency mutants, while in dcl2 mutants, only stress-induced stress tolerance was impaired. Our results are consistent with the hypothesis that stress-induced transgenerational responses in Arabidopsis depend on altered DNA methylation and smRNA silencing pathways.

Previously, we reported the generation of a virus-induced systemic signal that increased the somatic and meiotic recombination rates in tobacco mosaic virus (TMV)-infected tobacco plants. Here, we analyzed the progeny of plants that received the signal and found that these plants also have a higher frequency of rearrangements in the loci carrying the homology to LRR region of the gene of resistance to TMV (N-gene). Analysis of the stability of repetitive elements from Nicotiana tabacum loci and 5.8S ribosomal RNA loci did not show any changes. Further analysis of the changes in the progeny of infected plants revealed that they had substantially hypermethylated genomes. At the same time, loci-specific methylation analysis showed: (1) profound hypomethylation in several LRR-containing loci; (2) substantial hypermethylation of actin loci and (3) no change in methylation in the loci of repetitive elements from N. tabacum or 5.8S ribosomal RNA. Global genome hypermethylation of the progeny is believed to be part of a general protection mechanism against stress, whereas locus-specific hypomethylation is associated with a higher frequency of rearrangements. Increased recombination events combined with the specific methylation pattern induced by pathogen attack could be a sign of an adaptive response by plants.

Abstract Plants are sedentary organisms that constantly sense changes in their environment and react to various environmental cues. On a short-time scale, plants respond through alterations in their physiology, and on a long-time scale, plants alter their development and pass on the memory of stress to the progeny. The latter is controlled genetically and epigenetically and allows the progeny to be primed for future stress encounters, thus increasing the likelihood of survival. The current study intended to explore the effects of multigenerational heat stress in Arabidopsis thaliana. 25 generations of Arabidopsis thaliana were propagated in the presence of heat stress. The multigenerational stressed lineage F25H exhibited a higher tolerance to heat stress and elevated frequency of homologous recombination, as compared to the parallel control progeny F25C. A comparison of genomic sequences revealed that the F25H lineage had a three-fold higher number of mutations (SNPs and INDELs) as compared control lineages, suggesting that heat stress induced genetic variations in the heat-stressed progeny. The F25H stressed progeny showed a 7-fold higher number of non-synonymous mutations than the F25C line. Methylome analysis revealed that the F25H stressed progeny showed a lower global methylation level in the CHH context than the control progeny. The F25H and F25C lineages were different from the parental control lineage F2C by 66,491 and 80,464 differentially methylated positions (DMPs), respectively. F25H stressed progeny displayed higher frequency of methylation changes in the gene body and lower in the body of transposable elements (TEs). Gene Ontology analysis revealed that CG-DMRs were enriched in processes such as response to abiotic and biotic stimulus, cell organizations and biogenesis, and DNA or RNA metabolism. Hierarchical clustering of these epimutations separated the heat stressed and control parental progenies into distinct groups which revealed the non-random nature of epimutations. We observed an overall higher number of epigenetic variations than genetic variations in all comparison groups, indicating that epigenetic variations are more prevalent than genetic variations. The largest difference in epigenetic and genetic variations was observed between control plants comparison (F25C vs F2C), which clearly indicated that the spontaneous nature of epigenetic variations and heat-inducible nature of genetic variations. Overall, our study showed that progenies derived from multigenerational heat stress displayed a notable adaption in context of phenotypic, genotypic and epigenotypic resilience.

SUMMARY Transition from smooth, lissencephalic brains to highly-folded, gyrencephalic structures is associated with neuronal expansion and breaks in neurogenic symmetry. Here we show that Neurog2 and Ascl1 proneural genes regulate cortical progenitor cell differentiation through cross-repressive interactions to sustain neurogenic continuity in a lissencephalic rodent brain. Using in vivo lineage tracing, we found that Neurog2 and Ascl1 expression defines a lineage continuum of four progenitor pools, with ‘double + progenitors’ displaying several unique features (least lineage-restricted, complex gene regulatory network, G 2 pausing). Strikingly, selective killing of double + progenitors using split-Cre; Rosa-DTA transgenics breaks neurogenic symmetry by locally disrupting Notch signaling, leading to cortical folding. Finally, consistent with NEUROG2 and ASCL1 driving discontinuous neurogenesis and folding in gyrencephalic species, their transcripts are modular in folded macaque cortices and pseudo-folded human cerebral organoids. Neurog2 / Ascl1 double + progenitors are thus Notch-ligand expressing ‘niche’ cells that control neurogenic periodicity to determine cortical gyrification. HIGHLIGHTS Neurog2 and Ascl1 expression defines four distinct transitional progenitor states Double + NPCs are transcriptionally complex and mark a lineage branch point Double + NPCs control neurogenic patterning and cortical folding via Notch signaling Neurog2 and Ascl1 expression is modular in folded and not lissencephalic cortices eTOC BLURB Emergence of a gyrencephalic cortex is associated with a break in neurogenic continuity across the cortical germinal zone. Han et al. identify a pool of unbiased neural progenitors at a lineage bifurcation point that co-express Neurog2 and Ascl1 and produce Notch ligands to control neurogenic periodicity and cortical folding.

This comprehensive review paper explores methods of improvement of Cannabis sativa L. propagation and applications. Inherent breeding limitations, genetic instability, and psychoactive compounds have impeded utilization, however, application of biotechnology tools such as molecular breeding, tissue culture, and genetic engineering can advance cannabis research and applications. With recent advancements, cannabis micropropagation can substantially increase multiplication rates while preserving genetic lines. Utilizing gene overexpression, virus-induced gene silencing (VIGS), and RNA interference (RNAi) within cannabis, biochemical pathways, including cannabinoid and terpenoid biosynthesis, and key transcription factors in trichome development and cannabinoid production have been elucidated. Integration of gene editing techniques including zinc finger nucleases (ZFNs), transcription activator-like effector nucleases (TALENs), and clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-Cas systems are promising tools in cannabis for editing biosynthetic pathways to increase enzyme efficiency and the development of novel cannabis traits. In addition, we address gaps, limitations, and rapidly expanding fields in biotechnological methods utilized on cannabis. With concerted efforts, biotechnological tools can aid in understanding the plant and be utilized to increase and improve the desirable properties of cannabis.

ABSTRACT Retinal damage triggers reactive gliosis in Müller glia across vertebrate species, but only in regenerative animals, such as teleost fish, do Müller glia initiate repair; proliferating and undergoing neurogenesis to replace lost cells. By mining scRNA-seq and bulk RNA-seq datasets, we found that Plagl1 , a maternally imprinted gene, is dynamically regulated in reactive Müller glia post-insult, with transcript levels transiently increasing before stably declining. To study Plagl1 retinal function, we examined Plagl1 +/-pat null mutants postnatally, revealing defects in retinal architecture, visual signal processing and a reactive gliotic phenotype. Plagl1 +/-pat Müller glia proliferate ectopically and give rise to inner retinal neurons and photoreceptors. Transcriptomic and ATAC-seq profiles revealed similarities between Plagl1 +/-pat retinas and neurodegenerative and injury models, including an upregulation of pro-gliogenic and pro-proliferative pathways, such as Notch, not observed in wild-type retinas Plagl1 is thus an essential component of the transcriptional regulatory networks that retain mammalian Müller glia in quiescence.

Pollen viability and storage is of great interest to cannabis breeders and researchers to maintain desirable germplasm for future use in breeding or for biotechnological and gene editing applications. Here, we report a simple and efficient cryopreservation method for long-term storage of Cannabis sativa pollen. Additionally, we have deciphered the bicellular nature of cannabis pollen using DAPI staining. We have also standardized a pollen germination assay to assess the viability of cannabis pollen, and found pollen collected from different principal growth stages exhibits different longevity. Finally, we developed a long-term storage method which includes pollen combination with baked whole wheat flower and desiccation under vacuum for cryopreservation. By using this method, we were able to maintain germination viability in liquid nitrogen after 4 months, suggesting potentially indefinite preservation of cannabis pollen.

Type 2 diabetes (T2D), the most common form, is marked by insulin resistance and β-cell failure. β-cell dysfunction under high-glucose–high-lipid (HG-HL) conditions is a key contributor to the progression of T2D. This study evaluates the comparative effects of 10 nM semaglutide, 10 nM tirzepatide, and 1 mM metformin, both alone and in combination, on INS-1 β-cell maintenance and function under HG-HL conditions. INS-1 cells were pretreated for 2 h with single doses of metformin (1 mM), semaglutide (10 nM), tirzepatide (10 nM), or combinations of 1 mM metformin with either 10 nM semaglutide or 10 nM tirzepatide, followed by 48 h of HG-HL stimulation. The results indicate that combining 1 mM metformin with either 10 nM semaglutide or 10 nM tirzepatide significantly enhances the effects of 10 nM semaglutide and 10 nM tirzepatide on HG-HL-induced apoptosis and dysregulated cell cycle. Specifically, the combination treatments demonstrated superior restoration of glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) functionality compared to 1 mM metformin, 10 nM semaglutide, and 10 nM tirzepatide.

In plant biology, transient expression analysis plays a vital role to provide a fast method to study the gene of interest and subsequently leads the path to develop an improved crop variety with better agronomic traits. In this study, we have reported a rapid and efficient method for transient expression in Cannabis sativa seedlings using Agrobacterium tumefaciens -mediated transformation. A. tumefaciens strain EHA105 carrying the pCAMBIA1301 construct with uid A gene was used to transform cannabis seedlings and the GUS assay was used to detect the uid A expression. A 1% hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) solution was used for both seed sterilization and rapid germination steps. Transient transformation revealed that both cotyledons and young true leaves are amenable to transformation. Comparison to Nicotiana tabacum (tobacco) showed that cannabis seedlings were less susceptible to transformation with Agrobacterium tumefaciens . The susceptibility to Agrobacterium infection also varied with the different cannabis cultivars . The method established in this study has potential to be an important tool for gene-function studies and genetic improvement in cannabis.