Although microbiome-wide association studies (MWAS) have uncovered many marker organisms for an ecosystem trait, mechanisms of most microbiota-mediated processes remain elusive, due to challenges in validating the markers9in situ metabolic activities and tracing such activities to individual genomes. Here we introduced a phylogeny-metabolism dual-directed single-cell genomics approach called Fluorescence-In-Situ-Hybridization-guided Single-Cell Raman-activated Sorting and Sequencing (FISH-scRACS-Seq). It directly localizes individual cells from target taxon via a FISH probe for marker organism, profiles their in situ metabolic functions via single-cell Raman spectra, sorts cells of target taxonomy and target metabolism, and produces indexed, high-coverage and precisely-one-cell genomes. From cyclohexane-contaminated seawater, cells representing the MWAS-derived marker taxon of gamma-Proteobacteria and that are actively degrading cyclohexane in situ were directly identified via FISH and Raman respectively, then sorted and sequenced for one-cell full genomes. In such a Pseudoalteromonas fuliginea cell, we discovered a three-component cytochrome P450 system that can convert cyclohexane to cyclohexanol in vitro, representing a previously unknown group of cyclohexane-degrading enzymes and organisms. By culture-independently unveiling enzymes, pathways, genomes and their in situ functions specifically for those single-cells with ecological relevance, FISH-scRACS-Seq is a rational and generally applicable approach for dissecting and mining microbiota functions.

Maca (Lepidium meyenii Walp, 2n = 8x = 64) of Brassicaceae family is an Andean economic plant cultivated on the 4000-4500 meters central sierra in Peru. Considering the rapid uplift of central Andes occurred 5 to 10 million years ago (Mya), an evolutionary question arises on how plants like maca acquire high altitude adaptation within short geological period. Here, we report the high-quality genome assembly of maca, in which two close-spaced maca-specific whole genome duplications (WGDs, ~ 6.7 Mya) were identified. Comparative genomics between maca and close-related Brassicaceae species revealed expansions of maca genes and gene families involved in abiotic stress response, hormone signaling pathway and secondary metabolite biosynthesis via WGDs. Retention and subsequent evolution of many duplicated genes may account for the morphological and physiological changes (i.e. small leaf shape and loss of vernalization) in maca for high altitude environment. Additionally, some duplicated maca genes under positive selection were identified with functions in morphological adaptation (i.e. MYB59) and development (i.e. GDPD5 and HDA9). Collectively, the octoploid maca genome sheds light on the important roles of WGDs in plant high altitude adaptation in the Andes.

In this paper, a dual-passband frequency selective surface (FSS) with high angular stability and polarization insensitivity is proposed. The unit structure consists of a circular aperture, two annular apertures and four cross apertures. The designed FSS can achieve a double-passband at the interested frequencies of 8.45 GHz and 12.76 GHz with an insertion loss of less than 1 dB, and it can retain a stable transmission characteristic with the incident angle ranging from 0° to 86° for TE mode and from 0° to 83° for TM mode. Good agreement between the experimental results and the simulated response verifies the feasibility of the proposed FSS.