Abstract Motivation: Transcriptome sequencing has long been the favored method for quickly and inexpensively obtaining a large number of gene sequences from an organism with no reference genome. Owing to the rapid increase in throughputs and decrease in costs of next- generation sequencing, RNA-Seq in particular has become the method of choice. However, the very short reads (e.g. 2 × 90 bp paired ends) from next generation sequencing makes de novo assembly to recover complete or full-length transcript sequences an algorithmic challenge. Results: Here, we present SOAPdenovo-Trans, a de novo transcriptome assembler designed specifically for RNA-Seq. We evaluated its performance on transcriptome datasets from rice and mouse. Using as our benchmarks the known transcripts from these well-annotated genomes (sequenced a decade ago), we assessed how SOAPdenovo-Trans and two other popular transcriptome assemblers handled such practical issues as alternative splicing and variable expression levels. Our conclusion is that SOAPdenovo-Trans provides higher contiguity, lower redundancy and faster execution. Availability and implementation: Source code and user manual are available at http://sourceforge.net/projects/soapdenovotrans/. Contact: xieyl@genomics.cn or bgi-soap@googlegroups.com Supplementary information: Supplementary data are available at Bioinformatics online.

The advent of next generation sequencing (NGS) has enabled investigations of the gut microbiome with unprecedented resolution and throughput. This has stimulated the development of sophisticated bioinformatics tools to analyze the massive amounts of data generated. Researchers therefore need a clear understanding of the key concepts required for the design, execution and interpretation of NGS experiments on microbiomes. We conducted a literature review and used our own data to determine which approaches work best. The two main approaches for analyzing the microbiome, 16S ribosomal RNA (rRNA) gene amplicons and shotgun metagenomics, are illustrated with analyses of libraries designed to highlight their strengths and weaknesses. Several methods for taxonomic classification of bacterial sequences are discussed. We present simulations to assess the number of sequences that are required to perform reliable appraisals of bacterial community structure. To the extent that fluctuations in the diversity of gut bacterial populations correlate with health and disease, we emphasize various techniques for the analysis of bacterial communities within samples (α-diversity) and between samples (β-diversity). Finally, we demonstrate techniques to infer the metabolic capabilities of a bacteria community from these 16S and shotgun data.

Fecal microbiota transplantation (FMT) is effective in preventing recurrent Clostridium difficile infection (RCDI). However, it is not known whether clinical efficacy differs by route of delivery.To determine whether FMT by oral capsule is noninferior to colonoscopy delivery in efficacy.Noninferiority, unblinded, randomized trial conducted in 3 academic centers in Alberta, Canada. A total of 116 adult patients with RCDI were enrolled between October 2014 and September 2016, with follow-up to December 2016. The noninferiority margin was 15%.Participants were randomly assigned to FMT by capsule or by colonoscopy at a 1:1 ratio.The primary outcome was the proportion of patients without RCDI 12 weeks after FMT. Secondary outcomes included (1) serious and minor adverse events, (2) changes in quality of life by the 36-Item Short Form Survey on a scale of 0 (worst possible quality of life) to 100 (best quality of life), and (3) patient perception on a scale of 1 (not at all unpleasant) to 10 (extremely unpleasant) and satisfaction on a scale of 1 (best) to 10 (worst).Among 116 patients randomized (mean [SD] age, 58 [19] years; 79 women [68%]), 105 (91%) completed the trial, with 57 patients randomized to the capsule group and 59 to the colonoscopy group. In per-protocol analysis, prevention of RCDI after a single treatment was achieved in 96.2% in both the capsule group (51/53) and the colonoscopy group (50/52) (difference, 0%; 1-sided 95% CI, -6.1% to infinity; P < .001), meeting the criterion for noninferiority. One patient in each group died of underlying cardiopulmonary illness unrelated to FMT. Rates of minor adverse events were 5.4% for the capsule group vs 12.5% for the colonoscopy group. There was no significant between-group difference in improvement in quality of life. A significantly greater proportion of participants receiving capsules rated their experience as "not at all unpleasant" (66% vs 44%; difference, 22% [95% CI, 3%-40%]; P = .01).Among adults with RCDI, FMT via oral capsules was not inferior to delivery by colonoscopy for preventing recurrent infection over 12 weeks. Treatment with oral capsules may be an effective approach to treating RCDI.clinicaltrials.gov Identifier: NCT02254811.

Hepatocellular carcinoma (HCC) is influenced by numerous factors, which results in diverse genetic, epigenetic and transcriptional scenarios, thus posing obvious challenges for disease management. We scrutinized the molecular heterogeneity of HCC with a multi-omics approach in two small cohorts of resected and explanted livers. Whole-genome transcriptomics was conducted, including polyadenylated transcripts and micro (mi)-RNAs. Copy number variants (CNV) were inferred from whole genome low-pass sequencing data. Fifty-six cancer-related genes were screened using an oncology panel assay. HCC was associated with a dramatic transcriptional deregulation of hundreds of protein-coding genes suggesting downregulation of drugs catabolism, induction of inflammatory responses, and increased cell proliferation in resected livers. Moreover, several long non-coding RNAs and miRNAs not reported previously in the context of HCC were found deregulated. In explanted livers, downregulation of genes involved in energy-producing processes and upregulation of genes aiding in glycolysis were detected. Numerous CNV events were observed, with conspicuous hotspots on chromosomes 1 and 17. Amplifications were more common than deletions, and spanned regions containing genes potentially involved in tumorigenesis. CSF1R, FGFR3, FLT3, NPM1, PDGFRA, PTEN, SMO and TP53 were mutated in all tumors, while other 26 cancer-related genes were mutated with variable penetrance. Our results highlight a remarkable molecular heterogeneity between HCC tumors and reinforce the notion that precision medicine approaches are urgently needed for cancer treatment. We expect that our results will serve as a valuable dataset that will generate hypotheses for us or other researchers to evaluate to ultimately improve our understanding of HCC biology.

Mycosis fungoides (MF) is a mature T-cell lymphoma currently thought to develop primarily in the skin by a clonal expansion of a transformed, resident memory T-cell. However, this concept does not explain the key characteristics of MF such as the debut with multiple, widespread skin lesions or inability of skin directed therapies to provide cure. The testable inference of the mature T-cell theory is the clonality of MF with respect to all rearranged T-cell receptor (TCR) genes. Here we have used whole exome sequencing approach to detect and quantify TCRα, -β and -γ clonotypes in tumor cell clusters microdissected from MF lesions. This method allows us to calculate the tumor cell fraction of the sample and therefore an unequivocal identification of the TCR clonotypes as neoplastic. Analysis of TCR sequences from 29 patients with MF stage I-IV proved existence of multiple T-cell clones within the tumor cell fraction, with a considerable variation between patients and between lesions from the same patient (median 11 clones, range 2-80 clones/sample). We have also detected multiple neoplastic clones in the peripheral blood in all examined patients. Based on these findings we propose that circulating neoplastic T-cell clones continuously replenish the lesions of MF thus increasing their heterogeneity by a mechanism analogous to the consecutive tumor seeding. We hypothesize that circulating neoplastic clones might be a promising target for therapy and could be exploited as a potential biomarker in MF.

Mycosis fungoides (MF) is the most common, yet incurable, cutaneous T-cell lymphoma. We have recently shown that the disease is initiated by hematogenous seeding the skin with clonotypically diverse neoplastic T-cells which proliferate accumulating numerous mutations and produce lesions of high intratumoral heterogeneity (ITH). A characteristic but a poorly studied feature of MF is epidermotropism, the tendency to infiltrate skin epithelial layer (epidermis) in addition to the vascularized dermis. By sequencing the exomes of the microdissected clusters of lymphoma cells from the epidermis and the dermis, we found that those microenvironments harbored different malignant clonotypes and exhibited different patterns of driver gene mutation. Phylogenetic relationships between cancer subclones witnessed to the independent mutational evolution in the epidermis and dermis. Thus, the invasion of MF to different skin layers does not occur by gradual infiltration of the expanding tumor mass, but is caused by separate seeding processes with different malignant clones that develop independently of one another via a neutral, branched evolution. In conclusion, tissue microenvironments shape the subclonal architecture in MF leading to ecological heterogeneity which contributes to the total ITH. Since ITH adversely affects cancer prognosis, targeting the microenvironment may present therapeutic opportunities in MF and other cancers.

Mycosis fungoides (MF), the most common type of cutaneous T-cell lymphoma, is believed to represent a clonal expansion of a transformed skin resident memory T-cell. T-cell receptor (TCR) clonality (i.e. identical sequences of rearranged TCRα, β and γ), the key premise of this hypothesis, has been difficult to document conclusively because malignant cells are not readily distinguishable from the tumor infiltrating, reactive lymphocytes, which contribute to the TCR clonotypic repertoire of MF. Here we have successfully adopted the technique of targeted whole exome and whole transcriptome sequencing (WES/WTS) to identify the repertoire of rearranged TCR genes in tumor enriched samples from patients with MF. Although most of the investigated biopsies of MF had the expected monoclonal rearrangements of TCRγ of the frequency corresponding to the frequency of tumor cells, in half of the samples we detected multiple (up to seven) TCRα and -β clonotypes by WES and WTS. Our findings are compatible with the model in which the initial malignant transformation in MF does not occur in mature, memory T-cells but rather at the level of T-lymphocyte progenitor after TCRγ rearrangement but before TCRβ or TCRα rearrangements. The WES/WTS method is potentially applicable to other types of T-cell lymphomas and enables comprehensive characterization of the TCR repertoire and mutational landscape in these malignancies.

ABSTRACT Cation and anion channelrhodopsins (CCRs and ACRs, respectively) primarily from two algal species, Chlamydomonas reinhardtii and Guillardia theta , have become widely used as optogenetic tools to control cell membrane potential with light. We mined algal and other protist polynucleotide sequencing projects and metagenomic samples to identify 75 channelrhodopsin homologs from three channelrhodopsin families, including one revealed in dinoflagellates in this study. We carried out electrophysiological analysis of 33 natural channelrhodopsin variants from different phylogenetic lineages and 10 metagenomic homologs in search of sequence determinants of ion selectivity, photocurrent desensitization, and spectral tuning in channelrhodopsins. Our results show that association of a reduced number of glutamates near the conductance path with anion selectivity depends on a wider protein context, because prasinophyte homologs with the identical glutamate pattern as in cryptophyte ACRs are cation-selective. Desensitization is also broadly context-dependent, as in one branch of stramenopile ACRs and their metagenomic homologs its extent roughly correlates with phylogenetic relationship of their sequences. Regarding spectral tuning, two prasinophyte CCRs exhibit red-shifted spectra to 585 nm, although their retinal-binding pockets do not match those of previously known similarly red-shifted channelrhodopsins. In cryptophyte ACRs we identified three specific residue positions in the retinal-binding pocket that define the wavelength of their spectral maxima. Lastly, we found that dinoflagellate rhodopsins with a TCP motif in the third transmembrane helix and a metagenomic homolog exhibit channel activity. IMPORTANCE Channelrhodopsins are widely used in neuroscience and cardiology as research tools and are considered as prospective therapeutics, but their natural diversity and mechanisms remain poorly characterized. Genomic and metagenomic sequencing projects are producing an ever-increasing wealth of data, whereas biophysical characterization of the encoded proteins lags behind. In this study we used manual and automated patch clamp recording of representative members of four channelrhodopsin families including a family that we report in this study in dinoflagellates. Our results contribute to a better understanding of molecular determinants of ionic selectivity, photocurrent desensitization, and spectral tuning in channelrhodopsins.

Mycosis fungoides (MF) is a slowly progressive cutaneous T-cell lymphoma (CTCL) for which there is no cure. In the early plaque stage the disease is indolent, but development of tumors heralds an increased risk of metastasis and death. Previous research into the genomic landscape of CTCL revealed a complex pattern of >50 driver mutations implicated in more than a dozen of signaling pathways. However, the genomic mechanisms governing disease progression and treatment resistance remain unknown. Building on our previous discovery of the clonotypic heterogeneity of MF, we hypothesized that this lymphoma does not progress in a linear fashion as currently thought, but comprises heterogeneous mutational subclones. We sequenced exomes of 49 cases of MF and identified 28 previously unreported putative driver genes. MF exhibited extensive intratumoral heterogeneity (ITH) of a median of six subclones showing branched pattern of phylogenetic relationships. Stage progression was correlated with an increase in ITH and redistribution of mutations from the stem to the clades. The pattern of clonal driver mutations was highly variable with no consistent mutations between patients. A similar intratumoral heterogeneity was detected in leukemic CTCL (Sezary syndrome). Based on these findings we propose a model of the pathogenesis of MF comprising neutral, divergent evolution of cancer subclones and discuss how ITH impacts the efficacy of targeted drug therapies and immunotherapies of CTCL.