Although eusociality evolved independently within several orders of insects, research into the molecular underpinnings of the transition towards social complexity has been confined primarily to Hymenoptera (for example, ants and bees). Here we sequence the genome and stage-specific transcriptomes of the dampwood termite Zootermopsis nevadensis (Blattodea) and compare them with similar data for eusocial Hymenoptera, to better identify commonalities and differences in achieving this significant transition. We show an expansion of genes related to male fertility, with upregulated gene expression in male reproductive individuals reflecting the profound differences in mating biology relative to the Hymenoptera. For several chemoreceptor families, we show divergent numbers of genes, which may correspond to the more claustral lifestyle of these termites. We also show similarities in the number and expression of genes related to caste determination mechanisms. Finally, patterns of DNA methylation and alternative splicing support a hypothesized epigenetic regulation of caste differentiation. Although termites are major human pests, they have an important role in maintaining ecosystem function and biodiversity. Here, the authors sequence the genome and transcriptomes of a dampwood termite and highlight genes that may be involved in the mechanisms underlying insect social behaviour.

The jujube (Ziziphus jujuba Mill.), a member of family Rhamnaceae, is a major dry fruit and a traditional herbal medicine for more than one billion people. Here we present a high-quality sequence for the complex jujube genome, the first genome sequence of Rhamnaceae, using an integrated strategy. The final assembly spans 437.65 Mb (98.6% of the estimated) with 321.45 Mb anchored to the 12 pseudo-chromosomes and contains 32,808 genes. The jujube genome has undergone frequent inter-chromosome fusions and segmental duplications, but no recent whole-genome duplication. Further analyses of the jujube-specific genes and transcriptome data from 15 tissues reveal the molecular mechanisms underlying some specific properties of the jujube. Its high vitamin C content can be attributed to a unique high level expression of genes involved in both biosynthesis and regeneration. Our study provides insights into jujube-specific biology and valuable genomic resources for the improvement of Rhamnaceae plants and other fruit trees. The jujube is a major dry fruit crop in China and is commonly used for medicinal purposes. Here the authors sequence the genome and transcriptome of the most widely cultivated jujube cultivar, Dongzao, and highlight the genetic and molecular basis of agronomically important jujube traits, such as vitamin C content.

Twist is a critical epithelial-mesenchymal transition (EMT)-inducing transcription factor that increases expression of vimentin. How Twist1 regulates this expression remains unclear. Here, we report that Twist1 regulates Cullin2 (Cul2) circular RNA to increase expression of vimentin in EMT. Twist1 bound the Cul2 promoter to activate its transcription and to selectively promote expression of Cul2 circular RNA (circ-10720), but not mRNA. circ-10720 positively correlated with Twist1, tumor malignance, and poor prognosis in hepatocellular carcinoma (HCC). Twist1 promoted vimentin expression by increasing levels of circ-10720, which can absorb miRNAs that target vimentin. circ-10720 knockdown counteracted the tumor-promoting activity of Twist1 in vitro and in patient-derived xenograft and diethylnitrosamine-induced TetOn-Twist1 transgenic mouse HCC models. These data unveil a mechanism by which Twist1 regulates vimentin during EMT. They also provide potential therapeutic targets for HCC treatment and provide new insight for circular RNA (circRNA)-based diagnostic and therapeutic strategies.Significance: A circRNA-based mechanism drives Twist1-mediated regulation of vimentin during EMT and provides potential therapeutic targets for treatment of HCC.Graphical Abstract: http://cancerres.aacrjournals.org/content/canres/78/15/4150/F1.large.jpg Cancer Res; 78(15); 4150-62. ©2018 AACR.

Abstract Background Bamboo is one of the most important nontimber forestry products worldwide. However, a chromosome-level reference genome is lacking, and an evolutionary view of alternative splicing (AS) in bamboo remains unclear despite emerging omics data and improved technologies. Results Here, we provide a chromosome-level de novo genome assembly of moso bamboo (Phyllostachys edulis) using additional abundance sequencing data and a Hi-C scaffolding strategy. The significantly improved genome is a scaffold N50 of 79.90 Mb, approximately 243 times longer than the previous version. A total of 51,074 high-quality protein-coding loci with intact structures were identified using single-molecule real-time sequencing and manual verification. Moreover, we provide a comprehensive AS profile based on the identification of 266,711 unique AS events in 25,225 AS genes by large-scale transcriptomic sequencing of 26 representative bamboo tissues using both the Illumina and Pacific Biosciences sequencing platforms. Through comparisons with orthologous genes in related plant species, we observed that the AS genes are concentrated among more conserved genes that tend to accumulate higher transcript levels and share less tissue specificity. Furthermore, gene family expansion, abundant AS, and positive selection were identified in crucial genes involved in the lignin biosynthetic pathway of moso bamboo. Conclusions These fundamental studies provide useful information for future in-depth analyses of comparative genome and AS features. Additionally, our results highlight a global perspective of AS during evolution and diversification in bamboo.

Abstract The development of new therapeutic targets for cancer immunotherapies and the development of new biomarkers require deep understanding of T cells. To date, the complete landscape and systematic characterization of long noncoding RNAs (lncRNAs) in T cells in cancer immunity are lacking. Here, by systematically analyzing full-length single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) data of more than 20,000 T cell libraries across three cancer types, we provide the first comprehensive catalog and the functional repertoires of lncRNAs in human T cells. Specifically, we developed a custom pipeline for de novo transcriptome assembly obtaining 9,433 novel lncRNA genes that increased the number of current human lncRNA catalog by 16% and nearly doubled the number of lncRNAs expressed in T cells. We found that a portion of expressed genes in single T cells were lncRNAs which have been overlooked by the majority of previous studies. Based on metacell maps constructed by MetaCell algorithm that partition scRNA-seq datasets into disjointed and homogenous groups of cells (metacells), 154 signature lncRNAs associated with effector, exhausted, and regulatory T cell states are identified, 84 of which are functionally annotated based on co-expression network, indicating that lncRNAs might broadly participate in regulation of T cell functions. Our findings provide a new point of view and resource for investigating the mechanisms of T cell regulation in cancer immunity as well as for novel cancer-immune biomarker development and cancer immunotherapies.

Abstract Background Sex differences in the brain may play an important role in sex-differential prevalence of neuropsychiatric conditions. Methods In order to understand the transcriptional basis of sex differences, we analyzed multiple, large-scale, human postmortem brain RNA-Seq datasets using both within-region and pan-regional frameworks. Results We find evidence of sex-biased transcription in many autosomal genes, some of which provide evidence for pathways and cell population differences between chromosomally male and female individuals. These analyses also highlight regional differences in the extent of sex-differential gene expression. We observe an increase in specific neuronal transcripts in male brains and an increase in immune and glial function-related transcripts in female brains. Integration with single-nucleus data suggests this corresponds to sex differences in cellular states rather than cell abundance. Integration with case–control gene expression studies suggests a female molecular predisposition towards Alzheimer’s disease, a female-biased disease. Autism, a male-biased diagnosis, does not exhibit a male predisposition pattern in our analysis. Conclusion Overall, these analyses highlight mechanisms by which sex differences may interact with sex-biased conditions in the brain. Furthermore, we provide region-specific analyses of sex differences in brain gene expression to enable additional studies at the interface of gene expression and diagnostic differences. Graphical Abstract

Deeper understanding of the anatomical intermediaries for disease and other complex genetic traits is essential to understanding mechanisms and developing new interventions. Existing ontology tools provide functional annotations for many genes in the genome and they are widely used to develop mechanistic hypotheses based on genetic and transcriptomic data. Yet, information about where a set of genes is expressed may be equally useful in interpreting results and forming novel mechanistic hypotheses for a trait. Therefore, we developed a framework for statistically testing the relationship between gene expression across the body and sets of candidate genes from across the genome. We validated this tool and tested its utility on three applications. First, using thousands of loci identified by GWA studies, our framework identifies the number of disease-associated genes that have enriched expression in the disease-affected tissue. Second, we experimentally confirmed an underappreciated prediction highlighted by our tool: variation in skin expressed genes are a major quantitative genetic modulator of white blood cell count - a trait considered to be a feature of the immune system. Finally, using gene lists derived from sequencing data, we show that human genes under constrained selective pressure are disproportionately expressed in nervous system tissues.

ABSTRACT Social challenges like territorial intrusions evoke behavioral responses in widely diverging species. Recent work has revealed that evolutionary “toolkits” – genes and modules with lineage-specific variations but deep conservation of function – participate in the behavioral response to social challenge. Here, we develop a multi-species computational-experimental approach to characterize such a toolkit at a systems level. Brain transcriptomic responses to social challenge was probed via RNA-seq profiling in three diverged species – honey bees, mice, and three-spined stickleback fish – following a common methodology, allowing fair comparisons across species. Data were collected from multiple brain regions and multiple time points after social challenge exposure, achieving anatomical and temporal resolution substantially greater than previous work. We developed statistically rigorous analyses equipped to find homologous functional groups among these species at the levels of individual genes, functional and coexpressed gene modules, and transcription factor sub-networks. We identified six orthogroups involved in response to social challenge, including groups represented by mouse genes Npas4 and Nr4a1 , as well as common modulation of systems such as transcriptional regulators, ion channels, G-protein coupled receptors, and synaptic proteins. We also identified conserved coexpression modules enriched for mitochondrial fatty acid metabolism and heat shock that constitute the shared neurogenomic response. Our analysis suggests a toolkit wherein nuclear receptors, interacting with chaperones, induce transcriptional changes in mitochondrial activity, neural cytoarchitecture, and synaptic transmission after social challenge. It reveals systems-level mechanisms that have been repeatedly co-opted during evolution of analogous behaviors, thus advancing the genetic toolkit concept beyond individual genes.

Understanding the genetic architecture of grain size is a prerequisite to manipulate the grain development and improve the yield potential in crops. Here, we conducted a whole genome-wide QTL mapping of grain size related traits in einkorn wheat using a high-density genetic map and explored the candidate genes underlying QTL through homologous analysis and RNA sequencing. The genetic map spanned 1873 cM and contained 9937 SNP markers assigned to 1551 bins in seven chromosomes, which revealed strong collinearity and high genome coverage by comparing with the physical maps of wheat and barley. Six grain size related traits were surveyed with >80% heritability. In total, 42 QTL were identified and assigned to 17 genomic regions, and explained 52.3-66.7% phenotypic variations. Thirty genes involved in grain development were mapped to 12 regions. RNA sequencing provided 4959 genes differentially expressed between the two parents, from which twenty genes involved in grain development and starch biosynthesis were mapped to nine regions with 26 QTL. This study unravels the genetic architectures of einkorn wheat grain size and the underlying genes using high-density genetic map, which will facilitate genetic mapping, genome assembling and comparative genomics in wheat taxa.