PAML, currently in version 4, is a package of programs for phylogenetic analyses of DNA and protein sequences using maximum likelihood (ML). The programs may be used to compare and test phylogenetic trees, but their main strengths lie in the rich repertoire of evolutionary models implemented, which can be used to estimate parameters in models of sequence evolution and to test interesting biological hypotheses. Uses of the programs include estimation of synonymous and nonsynonymous rates (dN and dS) between two protein-coding DNA sequences, inference of positive Darwinian selection through phylogenetic comparison of protein-coding genes, reconstruction of ancestral genes and proteins for molecular restoration studies of extinct life forms, combined analysis of heterogeneous data sets from multiple gene loci, and estimation of species divergence times incorporating uncertainties in fossil calibrations. This note discusses some of the major applications of the package, which includes example data sets to demonstrate their use. The package is written in ANSI C, and runs under Windows, Mac OSX, and UNIX systems. It is available at http://abacus.gene.ucl.ac.uk/software/paml.html.

A synergistic combination of two next-generation sequencing platforms with a detailed comparative BAC physical contig map provided a cost-effective assembly of the genome sequence of the domestic turkey (Meleagris gallopavo). Heterozygosity of the sequenced source genome allowed discovery of more than 600,000 high quality single nucleotide variants. Despite this heterozygosity, the current genome assembly (∼1.1 Gb) includes 917 Mb of sequence assigned to specific turkey chromosomes. Annotation identified nearly 16,000 genes, with 15,093 recognized as protein coding and 611 as non-coding RNA genes. Comparative analysis of the turkey, chicken, and zebra finch genomes, and comparing avian to mammalian species, supports the characteristic stability of avian genomes and identifies genes unique to the avian lineage. Clear differences are seen in number and variety of genes of the avian immune system where expansions and novel genes are less frequent than examples of gene loss. The turkey genome sequence provides resources to further understand the evolution of vertebrate genomes and genetic variation underlying economically important quantitative traits in poultry. This integrated approach may be a model for providing both gene and chromosome level assemblies of other species with agricultural, ecological, and evolutionary interest.

This note announces pamlX, a graphical user interface/front end for the paml (for Phylogenetic Analysis by Maximum Likelihood) program package (Yang Z. 1997. PAML: a program package for phylogenetic analysis by maximum likelihood. Comput Appl Biosci. 13:555–556; Yang Z. 2007. PAML 4: Phylogenetic analysis by maximum likelihood. Mol Biol Evol. 24:1586–1591). pamlX is written in C++ using the Qt library and communicates with paml programs through files. It can be used to create, edit, and print control files for paml programs and to launch paml runs. The interface is available for free download at http://abacus.gene.ucl.ac.uk/software/paml.html.

Current models of codon substitution are formulated at the levels of nucleotide substitution and do not explicitly consider the separate effects of mutation and selection. They are thus incapable of inferring whether mutation or selection is responsible for evolution at silent sites. Here we implement a few population genetics models of codon substitution that explicitly consider mutation bias and natural selection at the DNA level. Selection on codon usage is modeled by introducing codon-fitness parameters, which together with mutation-bias parameters, predict optimal codon frequencies for the gene. The selective pressure may be for translational efficiency and accuracy or for fine-tuning translational kinetics to produce correct protein folding. We apply the models to compare mitochondrial and nuclear genes from several mammalian species. Model assumptions concerning codon usage are found to affect the estimation of sequence distances (such as the synonymous rate dS, the nonsynonymous rate dN, and the rate at the 4-fold degenerate sites d4), as found in previous studies, but the new models produced very similar estimates to some old ones. We also develop a likelihood ratio test to examine the null hypothesis that codon usage is due to mutation bias alone, not influenced by natural selection. Application of the test to the mammalian data led to rejection of the null hypothesis in most genes, suggesting that natural selection may be a driving force in the evolution of synonymous codon usage in mammals. Estimates of selection coefficients nevertheless suggest that selection on codon usage is weak and most mutations are nearly neutral. The sensitivity of the analysis on the assumed mutation model is discussed.

Hydrothermal vents and methane seeps are extreme deep-sea ecosystems that support dense populations of specialized macro-benthos such as mussels. But the lack of genome information hinders the understanding of the adaptation of these animals to such inhospitable environments. Here we report the genomes of a deep-sea vent/seep mussel (Bathymodiolus platifrons) and a shallow-water mussel (Modiolus philippinarum). Phylogenetic analysis shows that these mussel species diverged approximately 110.4 million years ago. Many gene families, especially those for stabilizing protein structures and removing toxic substances from cells, are highly expanded in B. platifrons, indicating adaptation to extreme environmental conditions. The innate immune system of B. platifrons is considerably more complex than that of other lophotrochozoan species, including M. philippinarum, with substantial expansion and high expression levels of gene families that are related to immune recognition, endocytosis and caspase-mediated apoptosis in the gill, revealing presumed genetic adaptation of the deep-sea mussel to the presence of its chemoautotrophic endosymbionts. A follow-up metaproteomic analysis of the gill of B. platifrons shows methanotrophy, assimilatory sulfate reduction and ammonia metabolic pathways in the symbionts, providing energy and nutrients, which allow the host to thrive. Our study of the genomic composition allowing symbiosis in extremophile molluscs gives wider insights into the mechanisms of symbiosis in other organisms such as deep-sea tubeworms and giant clams.

Virtual Power Plant (VPP) has emerged as a prominent smart grid technology aggregating distributed energy resources and driving the energy transition. However, the increasing number of user-side devices make it more feasible to compromise the access security in VPP. Existing schemes for enhancing access security in VPP are not universally suitable for handling massive, heterogeneous, and resource-constrained devices with diverse communication protocols. In this paper, we propose an attribute-based fingerprinting scheme, that is lightweight, transparent, and does not require any security capabilities on user-side devices. Specifically, an attribute tree is established based on Merkle hash tree to aggregate the unique and common attributes of user-side devices, generating a fingerprint to indicate device attribute integrity. The hierarchical directory is maintained to aggregate the devices to obtain hierarchical fingerprints and access states. The proposed scheme facilitates passive identity authentication, abnormal detection, and hierarchical verification, thereby enhancing access security in VPP. The performance evaluation demonstrates that the proposed scheme is lightweight and efficient in large-scale VPP applications.

ABSTRACT Soft grippers have been developed for handling a diverse array of objects, particularly excelling in grasping deformable and soft food items due to their soft and flexible nature, which is essential for preventing damage. However, the development of soft grippers capable of operating at extremely high speeds, typically achieving a pick‐and‐place cycle in less than 1 s, remains underexplored. Addressing this gap, this study proposes a pneumatic soft gripper designed for the high‐speed handling of breadcrumb‐coated oysters and demonstrates its feasibility for application in food production lines. The proposed gripper consists of two soft fingers and a soft cushion positioned between them. The geometries of the soft fingers and the cushion were meticulously designed to securely contain the oyster. Finite element analysis (FEA) was employed to investigate the effects of gripper stiffness on the swaying motion, stress, and deformation experienced by the grasped soft object under high acceleration. The fabrication of the soft finger and cushion was accomplished using a liquid silicone 3D printer, and the durability of the soft finger was confirmed to exceed 1.6 million cycles, comparable to that of a suction pad. Food compatibility tests were conducted to ensure the suitability for handling food products. Feasibility tests on the automatic packaging of breadcrumb‐coated oysters were performed using a parallel robot, examining five operating speeds, two applied pressures, and three oyster orientations. The results indicated that the proposed soft gripper could achieve maximum operational speeds of approximately 90 oysters/min for 16 g oysters and 80 oysters/min for 40 g oysters, thereby outperforming human workers and a commercial soft gripper. Through FEA and packaging experiments, it was determined that there exists an optimal stiffness for the soft gripper when handling the breadcrumb‐coated oysters under high acceleration.

Androstenedione (AD) is a vital intermediate in the synthesis of steroid drugs, making its efficient production critical in the steroid drug industry. Acetyl-CoA acetyltransferase (FadA5), a thiolase enzyme, plays an important role in the metabolic process of degrading phytosterol side chains in Mycolicibacterium to produce AD. This work is the first systematic analysis of the role of FadA5 in the transformation of phytosterols by Mycolicibacterium to produce AD. The relationship between redox potential and AD production was examined using resting cells, and it was confirmed that FadA5 is a key enzyme for AD production. Mutating the 87th cysteine of FadA5 to alanine reduced its redox effect, enhancing the substrate tolerance and biotransformation capacity of the strain. Co-expressing Vitreoscilla hemoglobin (VHb) and propionyl-CoA metabolized the transcription activator (PrpR), decreased intracellular reactive oxygen species levels, and improved cell viability. The AD yield of MSP-fA5C87A-VP/ΔfA5 was 2.541 g/L, an increase of 16.83% over the control strain. Using a repeated batch fermentation process, the production efficiency of the MSP-fA5C87A-VP/ΔfA5 strain was 0.658 g/L/d, which was 1.82 times higher than that of the control strain. These findings provide a theoretical basis for understanding and regulating steroid side-chain catabolism in Mycolicibacterium and offer support for the rational modification of industrial strains for steroidal drug precursor production.

Soft robotics has emerged as a highly promising field, particularly for handling interactions in unstructured environments such as food factories and agricultural warehouses. This potential is largely attributed to the inherent flexibility and compliance of soft robots. A critical aspect in the development of these robots lies in the selection and utilization of appropriate soft actuators and materials. Nevertheless, the modeling of soft robots presents considerable challenges owing to their intricate properties and continuum nature. In this article, we focus on the design and modeling of a three dimensional (3D) printed soft bellows actuator. The primary objective is to assess its efficacy in creating suitable soft grippers for handling various practical products. We propose an empirical model to predict the output forces of the soft bellows actuator. This model comprehensively integrates parameters such as bellows geometry and material properties, thereby providing valuable insights for the actuator's design and control. To ascertain the precision of our model, we conducted a series of finite element simulations considering different designed parameters of the bellows, and performed experimental validations using 3D printed bellows actuators. The empirical model demonstrated high accuracy in predicting the output forces of the bellows actuator, with average absolute and relative errors of $$1.35\,$$ N and $$3.5\%$$ , respectively. As an application, a robotic gripper with two parallel bellows actuators was developed, and its grasping force was validated using the empirical model. Building on this, a robotic gripper incorporating three bellows actuators was designed and fabricated based on the empirical model, and pick-and-place experiments were effectively conducted for handling a range of products.