Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) technologies are poised to reshape the current cell-type classification system. However, a transcriptome-based single-cell atlas has not been achieved for complex mammalian systems. Here, we developed Microwell-seq, a high-throughput and low-cost scRNA-seq platform using simple, inexpensive devices. Using Microwell-seq, we analyzed more than 400,000 single cells covering all of the major mouse organs and constructed a basic scheme for a mouse cell atlas (MCA). We reveal a single-cell hierarchy for many tissues that have not been well characterized previously. We built a web-based "single-cell MCA analysis" pipeline that accurately defines cell types based on single-cell digital expression. Our study demonstrates the wide applicability of the Microwell-seq technology and MCA resource.

The National Genomics Data Center (NGDC), part of the China National Center for Bioinformation (CNCB), provides a family of database resources to support global research in both academia and industry. With the explosively accumulated multi-omics data at ever-faster rates, CNCB-NGDC is constantly scaling up and updating its core database resources through big data archive, curation, integration and analysis. In the past year, efforts have been made to synthesize the growing data and knowledge, particularly in single-cell omics and precision medicine research, and a series of resources have been newly developed, updated and enhanced. Moreover, CNCB-NGDC has continued to daily update SARS-CoV-2 genome sequences, variants, haplotypes and literature. Particularly, OpenLB, an open library of bioscience, has been established by providing easy and open access to a substantial number of abstract texts from PubMed, bioRxiv and medRxiv. In addition, Database Commons is significantly updated by cataloguing a full list of global databases, and BLAST tools are newly deployed to provide online sequence search services. All these resources along with their services are publicly accessible at https://ngdc.cncb.ac.cn.

Rationale: Bronchopulmonary dysplasia (BPD) and emphysema are characterized by arrested alveolar development or loss of alveoli; both are significant global health problems and currently lack effective therapy. Bone marrow–derived mesenchymal stem cells (BMSCs) prevent adult lung injury, but their therapeutic potential in neonatal lung disease is unknown.Objectives: We hypothesized that intratracheal delivery of BMSCs would prevent alveolar destruction in experimental BPD.Methods: In vitro, BMSC differentiation and migration were assessed using co-culture assays and a modified Boyden chamber. In vivo, the therapeutic potential of BMSCs was assessed in a chronic hyperoxia-induced model of BPD in newborn rats.Measurements and Main Results: In vitro, BMSCs developed immunophenotypic and ultrastructural characteristics of type II alveolar epithelial cells (AEC2) (surfactant protein C expression and lamellar bodies) when co-cultured with lung tissue, but not with culture medium alone or liver. Migration assays revealed preferential attraction of BMSCs toward oxygen-damaged lung versus normal lung. In vivo, chronic hyperoxia in newborn rats led to air space enlargement and loss of lung capillaries, and this was associated with a decrease in circulating and resident lung BMSCs. Intratracheal delivery of BMSCs on Postnatal Day 4 improved survival and exercise tolerance while attenuating alveolar and lung vascular injury and pulmonary hypertension. Engrafted BMSCs coexpressed the AEC2-specific marker surfactant protein C. However, engraftment was disproportionately low for cell replacement to account for the therapeutic benefit, suggesting a paracrine-mediated mechanism. In vitro, BMSC-derived conditioned medium prevented O2-induced AEC2 apoptosis, accelerated AEC2 wound healing, and enhanced endothelial cord formation.Conclusions: BMSCs prevent arrested alveolar and vascular growth in part through paracrine activity. Stem cell–based therapies may offer new therapeutic avenues for lung diseases that currently lack efficient treatments.

A novel DREB (dehydration responsive element binding protein) homologous gene, GmDREB2, was isolated from soybean. Based on its similarity with AP2 domains, GmDREB2 was classified into A-5 subgroup in DREB subfamily in AP2/EREBP family. Expression of GmDREB2 gene was induced by drought, high salt, and low temperature stresses and abscisic acid treatment. The GmDREB2 bound specifically to DRE element in vitro. Furthermore, the overexpression of GmDREB2 activated expression of downstream genes in transgenic Arabidopsis, resulting in enhanced tolerance to drought and high-salt stresses and did not cause growth retardation. Analysis of free proline contents in transgenic tobacco indicated that the overexpression of GmDREB2 accumulated higher level of free proline compared to the wild type plants under drought condition. The results from this study indicate that this novel soybean GmDREB2 gene functions as an important transcriptional activator and may be useful in improving of plant tolerance to abiotic stresses in plants.

A major challenge for effective application of CRISPR systems is to accurately predict the single guide RNA (sgRNA) on-target knockout efficacy and off-target profile, which would facilitate the optimized design of sgRNAs with high sensitivity and specificity. Here we present DeepCRISPR, a comprehensive computational platform to unify sgRNA on-target and off-target site prediction into one framework with deep learning, surpassing available state-of-the-art in silico tools. In addition, DeepCRISPR fully automates the identification of sequence and epigenetic features that may affect sgRNA knockout efficacy in a data-driven manner. DeepCRISPR is available at http://www.deepcrispr.net/ .

Abstract Significantly improved crop varieties are urgently needed to feed the rapidly growing human population under changing climates. While genome sequence information and excellent genomic tools are in place for major crop species, the systematic quantification of phenotypic traits or components thereof in a high-throughput fashion remains an enormous challenge. In order to help bridge the genotype to phenotype gap, we developed a comprehensive framework for high-throughput phenotype data analysis in plants, which enables the extraction of an extensive list of phenotypic traits from nondestructive plant imaging over time. As a proof of concept, we investigated the phenotypic components of the drought responses of 18 different barley (Hordeum vulgare) cultivars during vegetative growth. We analyzed dynamic properties of trait expression over growth time based on 54 representative phenotypic features. The data are highly valuable to understand plant development and to further quantify growth and crop performance features. We tested various growth models to predict plant biomass accumulation and identified several relevant parameters that support biological interpretation of plant growth and stress tolerance. These image-based traits and model-derived parameters are promising for subsequent genetic mapping to uncover the genetic basis of complex agronomic traits. Taken together, we anticipate that the analytical framework and analysis results presented here will be useful to advance our views of phenotypic trait components underlying plant development and their responses to environmental cues.

Drought stress is one of the major causes of crop loss. WRKY transcription factors, as one of the largest transcription factor families, play important roles in regulation of many plant processes, including drought stress response. However, far less information is available on drought-responsive WRKY genes in wheat (Triticum aestivum L.), one of the three staple food crops. Forty eight putative drought-induced WRKY genes were identified from a comparison between de novo transcriptome sequencing data of wheat without or with drought treatment. TaWRKY1 and TaWRKY33 from WRKY Groups III and II, respectively, were selected for further investigation. Subcellular localization assays revealed that TaWRKY1 and TaWRKY33 were localized in the nuclei in wheat mesophyll protoplasts. Various abiotic stress-related cis-acting elements were observed in the promoters of TaWRKY1 and TaWRKY33. Quantitative real-time PCR (qRT-PCR) analysis showed that TaWRKY1 was slightly up-regulated by high-temperature and abscisic acid (ABA), and down-regulated by low-temperature. TaWRKY33 was involved in high responses to high-temperature, low-temperature, ABA and jasmonic acid methylester (MeJA). Overexpression of TaWRKY1 and TaWRKY33 activated several stress-related downstream genes, increased germination rates, and promoted root growth in Arabidopsis under various stresses. TaWRKY33 transgenic Arabidopsis lines showed lower rates of water loss than TaWRKY1 transgenic Arabidopsis lines and wild type plants during dehydration. Most importantly, TaWRKY33 transgenic lines exhibited enhanced tolerance to heat stress. The functional roles highlight the importance of WRKYs in stress response.

This paper surveys big data with highlighting the big data analytics in medicine and healthcare. Big data characteristics: value, volume, velocity, variety, veracity and variability are described. Big data analytics in medicine and healthcare covers integration and analysis of large amount of complex heterogeneous data such as various - omics data (genomics, epigenomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics, interactomics, pharmacogenomics, diseasomics), biomedical data and electronic health records data. We underline the challenging issues about big data privacy and security. Regarding big data characteristics, some directions of using suitable and promising open-source distributed data processing software platform are given.

Jung-Hyun Lee, Jong Bhak and their colleagues report the whole-genome sequencing and de novo assembly of a male minke whale genome, as well as the genome sequences of three additional minke whales, a fin whale, a bottlenose dolphin and a finless porpoise. Their comparative analysis across cetaceans provides insights into adaptation to an aquatic lifestyle. The shift from terrestrial to aquatic life by whales was a substantial evolutionary event. Here we report the whole-genome sequencing and de novo assembly of the minke whale genome, as well as the whole-genome sequences of three minke whales, a fin whale, a bottlenose dolphin and a finless porpoise. Our comparative genomic analysis identified an expansion in the whale lineage of gene families associated with stress-responsive proteins and anaerobic metabolism, whereas gene families related to body hair and sensory receptors were contracted. Our analysis also identified whale-specific mutations in genes encoding antioxidants and enzymes controlling blood pressure and salt concentration. Overall the whale-genome sequences exhibited distinct features that are associated with the physiological and morphological changes needed for life in an aquatic environment, marked by resistance to physiological stresses caused by a lack of oxygen, increased amounts of reactive oxygen species and high salt levels.