Abstract Structural variations (SVs) are a major contributor to genetic diversity and phenotypic variations, but their prevalence and functions in domestic animals are largely unexplored. Here, we assembled 26 haplotype-resolved genome assemblies from 13 genetically diverse sheep using PacBio HiFi sequencing. We constructed a graph-based ovine pan-genome and discovered 142,422 biallelic insertions and deletions, 7,028 divergent alleles and 13,419 multiallelic variations. We then used a graph-based approach to genotype the biallelic SVs in 684 individuals from 45 domestic breeds and two wild species. Integration with RNA-seq data allows to identify candidate expression-associated SVs. We demonstrate a direct link of SVs and phenotypes by localizing the putative causative insertion in HOXB13 gene responsible for the long-tail trait and identifying multiple large SVs associated with the fat-tail. Beyond generating a benchmark resource for ovine structural variants, our study highlights that animal genetic research will greatly benefit from using a pan-genome graph rather than a single reference genome.

Abstract Self-grooming is a stereotyped behavior displayed by nearly all animals. Among other established functions, self-grooming is implicated in social communication in some animals. However, whether self-grooming specifically influences behaviors of nearby individuals has not been directly tested, partly due to the technical challenge of inducing self-grooming in a reliable and temporally controllable manner. We recently found that optogenetic activation of dopamine D3 receptor expressing neurons in the ventral striatal islands of Calleja robustly induces orofacial grooming in mice. Using this optogenetic manipulation, here we demonstrate that observer mice exhibit social preference for mice that groom more regardless of biological sex. Moreover, grooming-induced social attraction depends on volatile chemosensory cues broadcasted from grooming mice. Collectively, our study establishes self-grooming as a means of promoting social attraction among mice via volatile cues, suggesting an additional benefit for animals to allocate a significant amount of time to this behavior.

Abstract Smell deficits and neurobiological changes in the olfactory bulb (OB) and olfactory epithelium (OE) have been observed in patients with psychosis. The OE is the most peripheral olfactory system located outside the cranium, and is connected with the brain via direct neuronal projections to the OB. Nevertheless, it is unknown whether and how a disturbance of the OE affects the OB in psychosis. Addressing this gap would be the first step in studying the impact of OE pathology in the disease pathophysiology in the brain. In this cross-species study, we observed that chronic OE inflammation with a set of upregulated genes (IOI genes) led to a volume reduction, layer structure changes, and alterations of neuron functionality in the OB in an inducible olfactory inflammation (IOI) mouse model. In first episode psychosis (FEP) patients, we observed a significant alteration in immune/inflammation-related molecular signatures in olfactory neuronal cells (ONCs) enriched from biopsied OE and a significant reduction in the OB volume, compared with those of healthy controls (HC). The increased expression of immune/inflammation-related molecules in ONCs was significantly correlated to the OB volume reduction in FEP patients, but no correlation was found in HCs. Moreover, the increased expression of human orthologues of the IOI genes in ONCs was significantly correlated with the OB volume reduction in FEP, but not in HCs. Together, our study implies a potential mechanism of the OE-OB pathology in psychosis. We hope that this mechanism may have a cross-disease implication, including COVID-19-elicited mental conditions that include smell deficits.

At the core of the mammalian circadian feedback loop, CLOCK (NPAS2)-BMAL1 is the positive element to activate transcription of downstream genes encoding the negative elements PERs and CRYs. Here we show that CNOT1 associates with both CLOCK and BMAL1, promotes their phosphorylation and increases their protein stability, and in turn inhibits the transcriptional activity of CLOCK-BMAL1. Expression of either CLOCK, BMAL1 or CNOT1 could interact with endogenous Protein Kinase A (PKA) as assessed by co-immunoprecipitation (Co-IP) and kinase assays. PKA could phosphorylate CLOCK and BMAL1 and this was promoted by CNOT1. Genetic deletion of PKA-Cα by CRISPR-Cas9 results in a longer period of the circadian rhythm; while overexpression of PKA-Cα induces a shorter period. Furthermore, we demonstrate that CNOT1 associates with CLOCK and BMAL1 in the mouse liver and promotes their phosphorylation. PER2, but not CRY2, is also a PKA target. Our results suggest that CNOT1 and PKA play a critical role in the mammalian circadian clock, revealing a conserved function in eukaryotic circadian regulations.

Sensory cortices process stimuli in manners essential for perception. The piriform 'primary' olfactory cortex (PCX) extends dense association fibers into the ventral striatum's olfactory tubercle (OT), yet the function of this cortico-striatal pathway is unknown. We optically stimulated channelrhodopsin-transduced PCX glutamatergic neurons or their association fibers while recording OT neural activity in mice performing an olfactory task. Activation of PCX neurons or their association fibers within the OT controlled the firing of some OT neurons and bidirectionally modulated odor coding dependent upon the neuron's intrinsic odor responsivity. Further, patch clamp recordings and retroviral tracing from D1 and D2 dopamine receptor-expressing OT medium spiny neurons revealed this input can be monosynaptic and that both cell types receive most of their input from a specific spatial zone localized within the ventro-caudal PCX. These results demonstrate that the PCX functionally accesses the direct and indirect pathways of the basal ganglia within the OT.

Regional mudstone cap rock has an important influence on the oil and gas distribution of the oil source faults below it. Therefore, studying the influence of these mudstone cap rocks on the hydrocarbon distribution pattern is fundamental to understanding the oil and gas distribution of the lower generation and upper reservoir reservoirs in the Bohai Bay Basin. This study classified two types of hydrocarbon diversion from oil source faults: blockage diversion and seepage diversion. To locate them, we established a method to predict the areas with blockage diversion and seepage diversion separately by superimposing the sealing and leakage parts of the regional mudstone cap rock with the regions of the connected distribution of sand bodies and the favorable hydrocarbon transport sites of the oil source faults, respectively. We used this approach to predict the locations where hydrocarbons are diverted by the oil source faults under the regional mudstone cap rocks in the first and second sections of the Dongying Formation (E3d1-2) in the Liuchu area of the Raoyang Sag, Bohai Bay Basin. The results show that the regional mudstone cap rock’s blockage diversion occurs mainly in the south-central area of Liuchu, with a localized distribution in the northern part. The seepage diversion site is primarily located in the northeastern area and is also found locally in the west. Both diversions are beneficial for the accumulation of hydrocarbons from the source rocks of the first member of the Shahejie Formation (E3s1) to the upper second member of the Dongying Formation (E3d2U). The latter can also accumulate hydrocarbons in the Guantao Formation (N1g). The results align with the hydrocarbon distribution, demonstrating the feasibility of our method to predict various oil source fault diversion sites under the regional mudstone cap rock. This prediction method offers valuable guidance for exploring the lower generation and upper reservoir hydrocarbon accumulations in hydrocarbon-bearing basins.

Global climate change has led to shifts in the distribution ranges of many terrestrial species, promoting their migration from lower altitudes or latitudes to higher ones. Meanwhile, successful invaders have developed genetic adaptations enabling the colonization of new environments. Over the past 40 years, Rattus tanezumi (RT) has expanded into northern China (Northwest and North China) from its southern origins. We studied the cold adaptation of RT and its potential for northward expansion by comparing it with sympatric Rattus norvegicus (RN), which is well adapted to cold regions. Through population genomic analysis, we revealed that the invading RT rats have split into three distinct populations: the North, Northwest, and Tibetan populations. The first two populations exhibited high genetic diversity, while the latter population showed remarkably low genetic diversity. These rats have developed various genetic adaptations to cold, arid, hypoxic, and high-UV conditions. Cold acclimation tests revealed divergent thermoregulation between RT and RN. Specifically, RT exhibited higher brown adipose tissue activity and metabolic rates than did RN. Transcriptome analysis highlighted changes in genes regulating triglyceride catabolic processes in RT, including Apoa1 and Apoa4, which were upregulated, under selection and associated with local adaptation. In contrast, RN showed changes in carbohydrate metabolism genes. Despite the cold adaptation of RT, we observed genotypic and phenotypic constraints that may limit its ability to cope with severe low temperatures farther north. Consequently, it is less likely that RT rats will invade and overlap with RN rats in farther northern regions.