Abstract Precision DNA/gene replacement is a promising genome-editing tool that is highly desirable for molecular engineering and breeding by design. Although the CRISPR/Cas9 system works well as a tool for gene knockout in plants, gene replacement has rarely been reported. Towards this end, we first designed a combinatory dual-sgRNA/Cas9 vector (construct #1) that successfully deleted miRNA gene regions ( MIR169a and MIR827a ). The deletions were confirmed by PCR and subsequent sequencing, yielding deletion efficiencies of 20% and 24% on MIR169a and MIR827a loci, respectively. We designed a second structure (construct #2) that contains sites homologous to Arabidopsis TERMINAL FLOWER 1 ( TFL1 ) for homology-directed repair (HDR) with regions corresponding to the two sgRNAs on the modified construct #1. The two constructs were co-transformed into Arabidopsis plants to provide both targeted deletion and donor repair for targeted gene replacement by HDR. Four of 500 stably transformed T0 transgenic plants (0.8%) contained replaced fragments. The presence of the expected recombination sites was further confirmed by sequencing. Therefore, we successfully established a gene deletion/replacement system in stably transformed plants that can potentially be utilized to introduce genes of interest for targeted crop improvement.

SUMMARY Carotenoids perform a broad range of important functions in humans; therefore, carotenoid biofortification of maize ( Zea mays L.), one of the most highly produced cereal crops worldwide, would have a global impact on human health. PLASTID TERMINAL OXIDASE ( PTOX ) genes play an important role in carotenoid metabolism; however, the possible function of PTOX in carotenoid biosynthesis in maize has not yet been explored. In this study, we identified the maize PTOX gene ZmPTOX1 by forward genetic screening. While most higher plant species possess a single copy of the PTOX gene, maize carries two tandemly duplicated copies of ZmPTOX . Characterization of Zmptox1 mutants revealed that disrupting one copy of ZmPTOX1 was enough to impair carotenoid biosynthesis, indicating that ZmPTOX1 is essential for carotenoid biosynthesis in maize kernels. Remarkably, overexpression of ZmPTOX1 significantly improved the content of carotenoids, especially β-carotene (provitamin A), which was increased by ~3-fold, in maize kernels. Overall, our study shows that ZmPTOX1 plays a crucial role in carotenoid biosynthesis in maize kernels and suggests that fine-tuning the expression of this gene could improve the nutritional value of cereal grains.

Genomic prediction enables rapid selection of maize varieties with low kernel water content (KWC), facilitating the development of mechanized maize harvesting and reducing costs. This study evaluated and characterized the KWC and grain yield (GY) of hybrid maize in northern China and used genomic prediction to identify superior hybrid combinations with low kernel water content at maturity (MKWC) and high GY adapted to northern China. A total of 285 hybrids obtained from single crosses of 34 inbred lines from Stiff Stalk and Non-Stiff Stalk heterotic groups were used for genomic prediction of KWC and GY. We tested 20 different statistical prediction models considering additive effects and evaluating the impact of dominance and epistasis on prediction accuracy. Employing 10-fold cross-validation, it showed that the average prediction accuracy ranged drastically from 0.386 to 0.874 across traits and models. Eight linear statistical methods displayed a very similar prediction accuracy for each trait. The average prediction accuracy of machine learning methods was lower than that of linear statistical methods for KWC-related traits, but the random forest model had a high prediction accuracy of 0.510 for GY. When genetic effects were incorporated into the prediction model, the prediction accuracy for each trait was improved. Overall, the model with dominant and epistatic effects (G:AD(AA)) performed best. For the same number of markers, predictions using trait-specific markers resulted in higher prediction accuracy than randomly selected markers. When the number of trait-specific SNPs was set to 100, the prediction accuracy of GY increased by 33.27%, from 0.406 to 0.541. Out of all the 561 potential hybrids, the TOP 30 hybrids selected by genomic prediction would lead to a 1.44% decrease in MKWC compared with Xianyu335, a hybrid with a fast kernel water dry-down, and these hybrids also had higher GY simultaneously. Our results confirm the value of genomic prediction for hybrid breeding low MKWC suitable for maize mechanized harvesting in northern China. In conclusion, this study highlights the potential of genomic prediction to optimize maize hybrid breeding, enhancing efficiency and providing insights into genotype-accuracy relationships. The findings offer new strategies for hybrid design and advancing mechanized harvesting in northern China.

A pioneering pink cultivar of Auricularia cornea, first commercially cultivated in 2022, lacks genomic data, hindering research in genetic breeding, gene discovery, and product development. Here, we report the de novo assembly of the pink A. cornea Fen-A1 genome and provide a detailed functional annotation. The genome is 73.17 Mb in size, contains 86 scaffolds (N50 ∼ 5.49 Mb), 59.09% GC content and encodes 19,120 predicted genes with a BUSCO completeness of 92.60%. Comparative genomic analysis reveals the phylogenetic relatedness of Fen-A1 and remarkable gene family dynamics. Putative genes were found mapped to 3 antibiotic-related, 36 light-dependent and 25 terpene metabolites. In addition, 789 CAZymes genes were classified, revealing the dynamics of quality loss due to postharvest refrigeration. Overall, our work is the first report on a pink A. cornea genome and provides a comprehensive insight into its complex functions.

Abstract Understanding the intricate relationship between cancer clinicopathological features and anesthetics dosage is crucial for optimizing patient outcomes and safety during surgery. This retrospective study investigates this relationship in patients with non-small cell lung cancer (NSCLC) undergoing video-assisted thoracic surgery (VATS). A comprehensive analysis of medical records was undertaken for NSCLC patients who underwent VATS with intravenous compound inhalation general anesthesia. Patients were categorized based on histological, chemotherapy, radiotherapy, and epidural anesthesia factors. Statistical analysis was performed to compare the differences between the groups. The results revealed compelling insights. Specifically, patients with lung adenocarcinoma (LUAD) undergoing VATS exhibited higher dosages of rocuronium bromide and midazolam during general anesthesia, coupled with a shorter post-anesthesia care unit (PACU) stay compared to those with squamous cell carcinoma (sqCL). Furthermore, chemotherapy patients undergoing VATS demonstrated diminished requirements for phenylephrine and remifentanil in contrast to their non-chemotherapy counterparts. Similarly, radiotherapy patients undergoing VATS demonstrated a decreased necessity for rocuronium bromide compared to non-radiotherapy patients. Notably, patients who received epidural anesthesia in combination with general anesthesia manifested reduced hydromorphone requirements and prolonged hospital stays compared to those subjected to general anesthesia alone. In conclusion, the findings from this study indicate several important observations in diverse patient groups undergoing VATS. The higher dosages of rocuronium bromide and midazolam in LUAD patients point to potential differences in drug requirements among varying lung cancer types. Additionally, the observed shorter PACU stay in LUAD patients suggests a potentially expedited recovery process. The reduced anesthetic requirements of phenylephrine and remifentanilin chemotherapy patients indicate distinct responses to anesthesia and pain management. Radiotherapy patients requiring lower doses of rocuronium bromide imply a potential impact of prior radiotherapy on muscle relaxation. Finally, the combination of epidural anesthesia with general anesthesia resulted in reduced hydromorphone requirements and longer hospital stays, suggesting the potential benefits of this combined approach in terms of pain management and postoperative recovery. These findings highlight the importance of tailoring anesthesia strategies for specific patient populations to optimize outcomes in VATS procedures.

To mitigate the instability problem of heavy equipment foundations in deep coal mine chambers under high geo-stress, this study proposes a combined reinforcement strategy for foundation pits, which are mainly composed of pipe piles and split-level vertical cables. The weak rock mass around the pit is reinforced using combined cables and grouting. The split-level-arranged cables with different lengths improve the tensional strength of the rock mass, whereas the pipe pile at the pit corner can enhance the shear strength. The overall performance of the structure in terms of bearing capacity can be significantly enhanced by pouring pipe piles to integrate them and the pump foundation to form a cohesive structure. Both the foundation integrity and foundation pit strength can be improved by stepwise support technology. Finally, an improved reinforcement strategy is implemented in a deep-pump chamber in the Huainan mining area. The monitoring results indicate that the foundation pit stability was successfully controlled and floor cracking and tilting of the pump foundation were avoided by using the improved support method.

Dorper sheep are celebrated for their fast maturation and superior meat quality, with some shedding their wool each spring. Wool shedding occurs naturally due to the hair follicle (HF) cycle, but its regulatory mechanisms remain unclear and need further investigation. In this study, shedding and non-shedding sheep were selected from the same Dorper flock. Skin samples were collected in September of the first year and January and March of the following years. RNA sequencing was performed on these samples. Principal component analysis (PCA) was used to assess the results. A total of 2536 differentially expressed genes (DEGs) were identified. Using a clustering heatmap and fuzzy clustering analysis three distinct gene expression patterns were identified: A pattern (high expression in anagen), T1 pattern, and T2 pattern (high expression in telogen). For each pattern, differentially expressed genes (DEGs) were analyzed through Gene Ontology (GO) and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) enrichment analyses. Combining this with pathway expression analysis, six A-pattern and fourteen T-pattern pathways linked to telogen-anagen transition in the HF cycle were identified. Networks of key pathways were then constructed. Additionally, key genes were identified in the telogen-anagen transition, including one A-pattern gene and seven T-pattern (T1, 1; T2, 6) genes, using the Maximal Clique Centrality (MCC) tool in Cytoscape. Predicted transcription factors (TFs) involved in key pathways, such as LEF and STAT5B, were identified. Finally, RNA-seq results were confirmed by RT-qPCR. This study highlights critical genes and pathways in the telogen-anagen transition, and transcriptome sequencing along with bioinformatics analysis provides new insights into the regulatory mechanisms of the HF cycle and development.

How snow leopard gradually adapted to the extreme environments in Tibet remains unexplored due to the scanty fossil record in Tibet. Here, we recognize five valid outside-Tibet records of the snow leopard lineage. Our results suggest that the snow leopard dispersed out of the Tibetan Plateau multiple times during the Quaternary. The osteological anatomy of the modern snow leopard shows adaptation to the steep slope and, to a lesser extent, cold/high-altitude environment. Fossils and phylogeny suggest that the snow leopard experienced a gradual strengthening of such adaptation, especially since the Middle Pleistocene (~0.8 million years). Species distribution modeling suggests that the locations of the fossil sites are not within most suitable area, and we argue that local landscape features are more influential factors than temperature and altitude alone. Our study underscores the importance of integrating morphology, fossil records, and species distribution modeling, to comprehensively understand the evolution, ecology, and inform conservation strategies for endangered species.