Malignant bone tumor is one of the major bone diseases. The treatment of such a bone disease typically requires the removal of bone tumor and regeneration of tumor‐initiated bone defects simultaneously. To address this issue, it is required that implanted biomaterials should combine the bifunctions of both therapy and regeneration. In this work, a bifunctional graphene oxide (GO)‐modified β‐tricalcium phosphate (GO‐TCP) composite scaffold combining a high photothermal effect with significantly improved bone‐forming ability is prepared by 3D‐printing and surface‐modification strategies. The prepared GO‐TCP scaffolds exhibit excellent photothermal effects under the irradiation of 808 nm near infrared laser (NIR) even at an ultralow power density of 0.36 W cm −2 , while no photothermal effects are observed for pure β‐TCP scaffolds. The photothermal temperature of GO‐TCP scaffolds can be effectively modulated in the range of 40–90 °C by controlling the used GO concentrations, surface‐modification times, and power densities of NIR. The distinct photothermal effect of GO‐TCP scaffolds induces more than 90% of cell death for osteosarcoma cells (MG‐63) in vitro, and further effectively inhibits tumor growth in mice. Meanwhile, the prepared GO‐TCP scaffolds possess the improved capability to stimulate the osteogenic differentiation of rabbit bone mesenchymal stem cells (rBMSCs) by upregulating bone‐related gene expression, and significantly promote new bone formation in the bone defects of rabbits as compared to pure β‐TCP scaffolds. These results successfully demonstrate that the prepared GO‐TCP scaffolds have bifunctional properties of photothermal therapy and bone regeneration, which is believed to pave the way to design and fabricate novel implanting biomaterials in combination of therapy and regeneration functions.

The superb fairy-wren, Malurus cyaneus, is one of the most iconic Australian passerine species. This species belongs to an endemic Australasian clade, Meliphagides, which diversified early in the evolution of the oscine passerines. Today, the oscine passerines comprise almost half of all avian species diversity. Despite the rapid increase of available bird genome assemblies, this part of the avian tree has not yet been represented by a high-quality reference. To rectify that, we present the first chromosome-scale genome assembly of a Meliphagides representative: the superb fairy-wren. We combined Illumina shotgun and mate-pair sequences, PacBio long-reads, and a genetic linkage map from an intensively sampled pedigree of a wild population to generate this genome assembly. Of the final assembled 1.07Gb genome, 894Mb (84.8%) was anchored onto 25 chromosomes resulting in a final scaffold N50 of 68.11 Mb. This high-quality bird genome assembly is also one of only a handful which is also accompanied by a genetic map and recombination landscape. In comparison to other pedigree-based bird genetic maps, we find that the zebrafinch (Taeniopygia) genetic map more closely resembles the fairy-wren map rather than the map from the more closely-related Ficedula flycatcher. Lastly, we also provide a predictive gene and repeat annotation of the genome assembly. This new high quality, annotated genome assembly will be an invaluable resource not only to the superb fairy-wren species and relatives but also broadly across the avian tree by providing a new reference point for comparative genomic analyses.

Songbirds have a species number almost equivalent to that of mammals, and are classic models for studying mechanisms of speciation and sexual selection. Sex chromosomes are hotspots of both processes, yet their evolutionary history in songbirds remains unclear. To elucidate that, we characterize female genomes of 11 songbird species having ZW sex chromosomes, with 5 genomes of bird-of-paradise species newly produced in this work. We conclude that songbird sex chromosomes have undergone at least four steps of recombination suppression before their species radiation, producing a gradient pattern of pairwise sequence divergence termed 'evolutionary strata'. Interestingly, the latest stratum probably emerged due to a songbird-specific burst of retrotransposon CR1-E1 elements at its boundary, or chromosome inversion on the W chromosome. The formation of evolutionary strata has reshaped the genomic architecture of both sex chromosomes. We find stepwise variations of Z-linked inversions, repeat and GC contents, as well as W-linked gene loss rate that are associated with the age of strata. Over 30 W-linked genes have been preserved for their essential functions, indicated by their higher and broader expression of orthologs in lizard than those of other sex-linked genes. We also find a different degree of accelerated evolution of Z-linked genes vs. autosomal genes among different species, potentially reflecting their diversified intensity of sexual selection. Our results uncover the dynamic evolutionary history of songbird sex chromosomes, and provide novel insights into the mechanisms of recombination suppression.

Sex chromosomes of mammals and most birds are heteromorphic, while those of many paleognaths (ratites and tinamous) are inexplicably homomorphic. To dissect the mechanisms underlying the different tempo of sex chromosome evolution, we produced high-quality genomes of 12 paleognathous species, and reconstructed their phylogeny based on alignments of the non-coding sequences extending to nearly 40% of the genome. Our phylogenomic tree grouped the South American rheas and tinamous together, and supported the independent evolution of gigantism and loss of flight among ratites. The small-bodied tinamous have much higher rates of genome-wide substitutions and transposon turnovers. Yet majorities of both have retained exceptionally long recombining regions occupying over half of the entire sex chromosome, with the rest sex-linked regions diverging from each other at a much lower rate relative to neognathous birds. Each species exhibits a punctuated sequence divergence pattern between sex chromosomes termed 'evolutionary strata', because of stepwise suppression of recombination. We concluded that all paleognaths share one evolutionary stratum with all other birds, and convergently formed between one to three strata after their rapid speciation. Contrary to the classic notion, we provided clear evidence that the youngest stratum of some tinamous formed without chromosomal inversion. Intriguingly, some of the encompassing W-linked genes have upregulated their expression levels in ovary, probably due to the female-specific selection. We proposed here that the unique male-only parental care system of paleognaths has reduced the intensity of sexual selection, and contributed to these species' low rates of sex chromosome evolution. We also provided novel insights into the evolution of W-linked genes at their early stages.

Due to the urgent need for detecting trace amounts of 3,3′,4,4′-tetrachlorobiphenyl (PCB77) in the environment, we have developed an efficient and visible-driven photoelectrochemical (PEC) sensing platform based on carbon quantum dots (CQDs) modified titanium dioxide nanorods (TiO2 NRs), coupling with exonuclease I (Exo I) assisted in target recycling for significant signal amplification. CQDs/TiO2 NRs with high visible-light absorption ability and electron-hole separation efficiency is used as photoactive substrate for anchoring anti-PCB77 aptamer and its complementary DNA (cDNA). With the addition of PCB77, the specific interaction between PCB77 and its aptamer forces aptamer to separate from the electrode surface, resulting in an increase in photocurrent density. Adding Exo I in the test system, a self-catalytic target cycle was motivated, which significantly increased the PEC signal by more than twice, achieving signal amplification. The relationship between the photocurrent density changes and the concentrations of PCB77 are utilized to achieve quantitative detection of PCB77. The designed PEC sensing platform has good analytical performance with a detection limit as low as 0.33 pg L−1, high selectivity and stability. Moreover, the PEC sensor is successfully used to evaluate the content of PBC77 in the environment samples. The established sensing platform provides a simple and efficient method for detecting trace amounts of PCB77 in the environment.

Energy harvesting from temperature difference between body heat and environment via Seebeck effect provides an ideal long-term power supply technique for wearable electronics. Efficient energy utilization requires good thermal contact...

Abstract The recurrent evolution of resistance to cardiotonic steroids (CTS) across diverse animals most frequently involves convergent amino-acid substitutions to the H1-H2 extracellular loop of Na + ,K + -ATPase (NKA). Previous work established that hystricognath rodents (e.g. chinchilla) and pterocliform birds (sandgrouse) have convergently evolved amino-acid insertions in the H1-H2 loop, but their functional significance is not known. Using protein engineering, we show that these insertions have distinct effects on CTS resistance of NKA in the two lineages that strongly depend on intramolecular interactions with other residues. Removing the insertion in the chinchilla lineage unexpectedly increases CTS resistance and decreases NKA activity. In the sandgrouse lineage, the insertion works in concert with the substitution Q111R to increase CTS resistance while maintaining wild-type ATPase activity levels. Molecular docking simulations provide additional insight into the biophysical mechanisms responsible for the context-specific CTS insensitivity of the enzyme. Our results highlight the diversity of genetic substrates that underlie CTS insensitivity in vertebrate NKA and reveal how amino-acid insertions can alter the phenotypic effects of point mutations at key sites in the same protein domain.