Yeast Joins RNAi Club RNA interference (RNAi) silences gene expression via small interfering (si) RNAs that bind to target sequences. RNAi has been found in almost all eukaryotes examined, with the notable exception of the budding yeast, Saccharomyces cerevisiae , one of the most prominent organisms used in the study of molecular biology. Indeed, RNAi has been thought to be missing from all budding yeast. Drinnenberg et al. (p. 544 , published online 10 September; see the Perspective by Moazed ) now show that several species of budding yeast do possess RNAi, which seems to act primarily on transposable elements and subtelomeric repeats. A noncanonical Dicer protein generates siRNAs that are loaded onto Ago1 protein in S. castellii . Introduction of these two genes into S. cerevisiae was sufficient to reconstitute RNAi, where it also acted to dampen the activity of transposons.

Faithful chromosome segregation in all eukaryotes relies on centromeres, the chromosomal sites that recruit kinetochore proteins and mediate spindle attachment during cell division. The centromeric histone H3 variant, CenH3, is the defining chromatin component of centromeres in most eukaryotes, including animals, fungi, plants, and protists. In this study, using detailed genomic and transcriptome analyses, we show that CenH3 was lost independently in at least four lineages of insects. Each of these lineages represents an independent transition from monocentricity (centromeric determinants localized to a single chromosomal region) to holocentricity (centromeric determinants extended over the entire chromosomal length) as ancient as 300 million years ago. Holocentric insects therefore contain a CenH3-independent centromere, different from almost all the other eukaryotes. We propose that ancient transitions to holocentricity in insects obviated the need to maintain CenH3, which is otherwise essential in most eukaryotes, including other holocentrics.

Abstract Accurate chromosome segregation during meiosis is essential for reproductive success. Yet, many fundamental aspects of meiosis remain unclear, including the mechanisms regulating homolog pairing across species. This gap is partially due to our inability to visualize individual chromosomes during meiosis. Here, we employ Oligopaint FISH to investigate homolog pairing and compaction of meiotic chromosomes in a classical model system, the silkworm Bombyx mori . Our Oligopaint design combines multiplexed barcoding with secondary oligo labeling for high flexibility and low cost. These studies illustrate that Oligopaints are highly specific in whole-mount gonads and on meiotic chromosome spreads. We show that meiotic pairing is robust in both males and female meiosis. Additionally, we show that meiotic bivalent formation in B. mori males is highly similar to bivalent formation in C. elegans , with both of these pathways ultimately resulting in the pairing of chromosome ends with non-paired ends facing the spindle pole and microtubule recruitment independent of the centromere-specifying factor CENP-A. Author’s Summary Meiosis is the specialized cell division occurring exclusively in ovaries and testes to produce egg and sperm cells, respectively. The accurate distribution of chromosomes (the genetic material) during this process is essential to prevent infertility/sterility and developmental disorders in offspring. As researchers are specifically unable to study the mechanisms regulating meiosis in depth in humans, identifying broadly conserved aspects of meiotic chromosome segregation is essential for making accurate inferences about human biology. Here, we use a sophisticated chromosome painting approach called Oligopaints to visualize and study chromosomes during meiosis in the silkworm, Bombyx mori . We illustrate that Oligopaints are highly specific in B. mori and demonstrate how Oligopaints can be used to study the dynamics of meiotic chromosomes in diverse species.

Abstract Despite their essentiality for chromosome segregation, centromeres are diverse among eukaryotes and embody two main configurations: mono- and holocentromeres, referring respectively to a localized or unrestricted distribution of centromeric activity. Previous studies revealed that holocentricity in many insects coincides with the loss of the otherwise essential centromere component CenH3 (CENP-A), suggesting a molecular link between the two events. In this study, we leveraged recently-identified centromere components to map and characterize the centromeres of Bombyx mori. This uncovered a robust correlation between centromere profiles and regions of low chromatin dynamics. Transcriptional perturbation experiments showed that low chromatin activity is crucial for centromere formation in B. mori . Our study points to a novel mechanism of centromere formation that occurs in a manner recessive to the chromosome-wide chromatin landscape. Based on similar profiles in additional Lepidoptera, we propose an evolutionarily conserved mechanism that underlies the establishment of holocentromeres through loss of centromere specificity.

Abstract The hallmarks of chromosome organization in multicellular eukaryotes are chromosome territories (CT), chromatin compartments, and different types of domains, including topologically associated domains (TADs). Yet, most of these concepts derive from analyses of organisms with monocentric chromosomes. Here we describe the 3D genome architecture of an organism with holocentric chromosomes, the silkworm Bombyx mori . At the genome-wide scale, B. mori chromosomes form highly separated territories and lack substantial trans contacts. As described in other eukaryotes, B. mori chromosomes segregate into an active A and an inactive B compartment. Remarkably, we also identify a third compartment, Secluded “S”, with a unique contact pattern. Compartment S shows strong enrichment of short-range contacts and depletion of long-range contacts. It hosts a unique combination of genetic and epigenetic features, localizes at the periphery of CTs and shows developmental plasticity. Biophysical modeling shows that formation of such secluded domains requires a new mechanism – a high density of extruded loops within them along with low level of extrusion and compartmentalization of A and B. Together with other evidence of loop extrusion in interphase, this suggests SMC-mediated loop extrusion in this insect. Overall, our analyses highlight the evolutionary plasticity of 3D genome organization driven by a new combination of known processes.

RNA interference (RNAi) is a gene-silencing pathway that can play roles in viral defense, transposon silencing, heterochromatin formation, and post-transcriptional gene silencing. Although absent from Saccharomyces cerevisiae, RNAi is present in other budding-yeast species, including Naumovozyma castellii, which have an unusual Dicer and a conventional Argonaute that are both required for gene silencing. To identify other factors that act in the budding-yeast pathway, we performed an unbiased genetic selection. This selection identified Xrn1p, the cytoplasmic 5'-to-3' exoribonuclease, as a cofactor of RNAi in budding yeast. Deletion of XRN1 impaired gene silencing in N. castellii, and this impaired silencing was attributable to multiple functions of Xrn1p, including affecting the composition of siRNA species in the cell, influencing the efficiency of siRNA loading into Argonaute, degradation of cleaved passenger strand, and degradation of sliced target RNA.