Abstract A recently developed adenine base editor (ABE) efficiently converts A to G and is potentially useful for clinical applications. However, its precision and efficiency in vivo remains to be addressed. Here we achieve A-to-G conversion in vivo at frequencies up to 100% by microinjection of ABE mRNA together with sgRNAs. We then generate mouse models harboring clinically relevant mutations at Ar and Hoxd13 , which recapitulates respective clinical defects. Furthermore, we achieve both C-to-T and A-to-G base editing by using a combination of ABE and SaBE3, thus creating mouse model harboring multiple mutations. We also demonstrate the specificity of ABE by deep sequencing and whole-genome sequencing (WGS). Taken together, ABE is highly efficient and precise in vivo, making it feasible to model and potentially cure relevant genetic diseases.

This paper studies the solution of joint energy storage (ES) ownership sharing between multiple shared facility controllers (SFCs) and those dwelling in a residential community. The main objective is to enable the residential units (RUs) to decide on the fraction of their ES capacity that they want to share with the SFCs of the community in order to assist them in storing electricity, e.g., for fulfilling the demand of various shared facilities. To this end, a modified auction-based mechanism is designed that captures the interaction between the SFCs and the RUs so as to determine the auction price and the allocation of ES shared by the RUs that governs the proposed joint ES ownership. The fraction of the capacity of the storage that each RU decides to put into the market to share with the SFCs and the auction price are determined by a noncooperative Stackelberg game formulated between the RUs and the auctioneer. It is shown that the proposed auction possesses the incentive compatibility and the individual rationality properties, which are leveraged via the unique Stackelberg equilibrium solution of the game. Numerical experiments are provided to confirm the effectiveness of the proposed scheme.

Abstract Cattle domestication and the complex histories of East Asian cattle breeds warrant further investigation. Through analysing the genomes of 49 modern breeds and eight East Asian ancient samples, worldwide cattle are consistently classified into five continental groups based on Y-chromosome haplotypes and autosomal variants. We find that East Asian cattle populations are mainly composed of three distinct ancestries, including an earlier East Asian taurine ancestry that reached China at least ~3.9 kya, a later introduced Eurasian taurine ancestry, and a novel Chinese indicine ancestry that diverged from Indian indicine approximately 36.6–49.6 kya. We also report historic introgression events that helped domestic cattle from southern China and the Tibetan Plateau achieve rapid adaptation by acquiring ~2.93% and ~1.22% of their genomes from banteng and yak, respectively. Our findings provide new insights into the evolutionary history of cattle and the importance of introgression in adaptation of cattle to new environmental challenges in East Asia.

This paper proposes a novel electric vehicle (EV) classification scheme for a photovoltaic (PV)-powered EV charging station (CS) that reduces the effect of intermittency of electricity supply and the cost of energy trading of the CS. Since not all EV drivers would like to be environmentally friendly, all vehicles in the CS are divided into three categories: 1) premium; 2) conservative; and 3) green, according to their charging behavior. Premium and conservative EVs are considered interested only in charging their batteries, with noticeably higher rates of charging for premium EVs. Green vehicles are more environmentally friendly and thus assist the CS to reduce its cost of energy trading by allowing the CS to use their batteries as distributed storage. A different charging scheme is proposed for each type of EV, which is adopted by the CS to encourage more EVs to be green. A basic mixed-integer programming (MIP) technique is used to facilitate the proposed classification scheme. It is shown that the uncertainty in PV generation can be effectively compensated, along with minimization of total cost of energy trading to the CS, by consolidating more green EVs. Real solar and pricing data are used for performance analysis of the system. It is demonstrated that the total cost to the CS reduces considerably as the percentage of green vehicles increases and that the contributions of green EVs in winter are greater than those in summer.

In a smart grid network, demand-side management plays a significant role in allowing consumers, incentivized by utilities, to manage their energy consumption. This can be done through shifting consumption to off-peak hours and thus reducing the peak-to-average ratio (PAR) of the electricity system. In this paper, we begin by proposing a demand-side energy consumption scheduling scheme for household appliances that considers a PAR constraint. An initial optimization problem is formulated to minimize the energy cost of the consumers through the determination of the optimal usage power and operation time of throttleable and shiftable appliances, respectively. We realize that the acceptance of consumers of these load management schemes is crucial to its success. Hence, we then introduce a multi-objective optimization problem which not only minimizes the energy cost but also minimizes the inconvenience posed to consumers. In addition to solving the proposed optimization problems in a centralized manner, two distributed algorithms for the initial and the multi-objective optimization problems are also proposed. Simulation results show that the proposed demand-side energy consumption schedule can provide an effective approach to reducing total energy costs while simultaneously considering PAR constraints and consumers' preferences.

Abstract Cytidine base editors (CBE) are novel genome engineering tools that can generate C-to-T nucleotide substitutions without introducing double-stranded breaks (DSBs). Instead of generating single-point mutations, CBEs induce nucleotide substitutions at wobble positions within the 20-nucleotide target site. A variety of strategies have been developed to improve the targeting scope and window of CBEs. Among these strategies, molecular switches that can temporally control CBE activities represent compelling options. In this study, we investigated the feasibility of using a bacteriophage-derived peptide, referred to as G8P PD , as the off-switch of CBEs. We showed that G8P PD could be employed to control the activities of and improve the targeting window of A3A and BE3 CBEs and adenine base editor 7.10 (ABE7.10). Notably, in a cell-based disease model of Marfan syndrome, G8P PD facilitated A3A CBE-based gene correction with a more focused targeting window and improved the percentage of perfectly edited gene alleles from less than 4% to more than 38% of the whole population. Our study presents the first peptide off-switch that can improve the targeting scope of CBEs, thus highlighting the importance of the temporal control of BE activity for precision base editing.

Goat domestication was critical for agriculture and civilization, but its underlying genetic changes and selection regimes remain unclear. Here we analyze the genomes of worldwide domestic goats, wild caprid species and historical remains, providing evidence of an ancient introgression event from a West Caucasian tur-like species to the ancestor of domestic goats. One introgressed locus with a strong signature of selection harbors the MUC6 gene which encodes a gastrointestinally secreted mucin. Experiments revealed that the nearly fixed introgressed haplotype confers enhanced immune resistance to gastrointestinal pathogens. Another locus with a strong signal of selection may be related to behavior. The selected alleles at these two loci emerged in domestic goats at least 7,200 and 8,100 years ago, respectively, and increased to high frequencies concurrent with the expansion of the ubiquitous modern mitochondrial haplogroup A. Tracking these archaeologically cryptic evolutionary transformations provides new insights into the mechanism of animal domestication.

Genetic testing is crucial for precision cancer medicine. However, detecting multiple same-site insertions or deletions (indels) is challenging. Here, we introduce CoHIT (Cas12a-based One-for-all High-speed Isothermal Test), a one-pot CRISPR-based assay for indel detection. Leveraging an engineered AsCas12a protein variant with high mismatch tolerance and broad PAM scope, CoHIT can use a single crRNA to detect multiple NPM1 gene c.863_864 4-bp insertions in acute myeloid leukemia (AML). After optimizing multiple parameters, CoHIT achieves a detection limit of 0.01% and rapid results within 30 minutes, without wild-type cross-reactivity. It successfully identifies NPM1 mutations in 30 out of 108 AML patients and demonstrates potential in monitoring minimal residual disease (MRD) through continuous sample analysis from three patients. The CoHIT method is also competent for detecting indels of KIT, BRAF, and EGFR genes. Integration with lateral flow test strips and microfluidic chips highlights CoHIT's adaptability and multiplexing capability, promising significant advancements in clinical cancer diagnostics.

The rumen is the hallmark organ of ruminants and hosts a diverse ecosystem of microorganisms that facilitates efficient digestion of plant fibers. We used 897 transcriptomes from three Cetartiodactyla lineages: ruminants, camels and cetaceans, as well as data from ruminant comparative genomics and functional assays to explore the genetic basis of rumen origin and evolution. Comparative analyses reveal that the rumen and the first-chamber stomachs of camels and cetaceans shared a common tissue origin from the esophagus. The rumen recruited genes from other tissues/organs and up-regulated many esophagus genes to aquire functional innovations involving epithelium absorption, improvement of the ketone body metabolism and regulation of microbial community. These innovations involve such genetic changes as ruminant-specific conserved elements, newly evolved genes and positively selected genes. Our in vitro experiements validate the functions of one enhancer, one positively selected gene and two newly evolved antibacterial genes. Our study provides novel insights into the origin and evolution of a complex organ.