MCScan is an algorithm able to scan multiple genomes or subgenomes in order to identify putative homologous chromosomal regions, and align these regions using genes as anchors. The MCScanX toolkit implements an adjusted MCScan algorithm for detection of synteny and collinearity that extends the original software by incorporating 14 utility programs for visualization of results and additional downstream analyses. Applications of MCScanX to several sequenced plant genomes and gene families are shown as examples. MCScanX can be used to effectively analyze chromosome structural changes, and reveal the history of gene family expansions that might contribute to the adaptation of lineages and taxa. An integrated view of various modes of gene duplication can supplement the traditional gene tree analysis in specific families. The source code and documentation of MCScanX are freely available at http://chibba.pgml.uga.edu/mcscan2/.

The Psychiatric GWAS Consortium Bipolar Disorder Working Group reports a large-scale genome-wide association study of 7,481 individuals with bipolar disorder with replication in 4,493 cases. The Consortium identifies a new susceptibility locus near ODZ4 and replicates a known association near CACNA1C for bipolar disorder. We conducted a combined genome-wide association study (GWAS) of 7,481 individuals with bipolar disorder (cases) and 9,250 controls as part of the Psychiatric GWAS Consortium. Our replication study tested 34 SNPs in 4,496 independent cases with bipolar disorder and 42,422 independent controls and found that 18 of 34 SNPs had P < 0.05, with 31 of 34 SNPs having signals with the same direction of effect (P = 3.8 × 10−7). An analysis of all 11,974 bipolar disorder cases and 51,792 controls confirmed genome-wide significant evidence of association for CACNA1C and identified a new intronic variant in ODZ4. We identified a pathway comprised of subunits of calcium channels enriched in bipolar disorder association intervals. Finally, a combined GWAS analysis of schizophrenia and bipolar disorder yielded strong association evidence for SNPs in CACNA1C and in the region of NEK4-ITIH1-ITIH3-ITIH4. Our replication results imply that increasing sample sizes in bipolar disorder will confirm many additional loci.

Allotetraploid oilseed rape (Brassica napus L.) is an agriculturally important crop. Cultivation and breeding of B. napus by humans has resulted in numerous genetically diverse morphotypes with optimized agronomic traits and ecophysiological adaptation. To further understand the genetic basis of diversification and adaptation, we report a draft genome of an Asian semi-winter oilseed rape cultivar 'ZS11' and its comprehensive genomic comparison with the genomes of the winter-type cultivar 'Darmor-bzh' as well as two progenitors. The integrated BAC-to-BAC and whole-genome shotgun sequencing strategies were effective in the assembly of repetitive regions (especially young long terminal repeats) and resulted in a high-quality genome assembly of B. napus 'ZS11'. Within a short evolutionary period (~6700 years ago), semi-winter-type 'ZS11' and the winter-type 'Darmor-bzh' maintained highly genomic collinearity. Even so, certain genetic differences were also detected in two morphotypes. Relative to 'Darmor-bzh', both two subgenomes of 'ZS11' are closely related to its progenitors, and the 'ZS11' genome harbored several specific segmental homoeologous exchanges (HEs). Furthermore, the semi-winter-type 'ZS11' underwent potential genomic introgressions with B. rapa (Ar ). Some of these genetic differences were associated with key agronomic traits. A key gene of A03.FLC3 regulating vernalization-responsive flowering time in 'ZS11' was first experienced HE, and then underwent genomic introgression event with Ar , which potentially has led to genetic differences in controlling vernalization in the semi-winter types. Our observations improved our understanding of the genetic diversity of different B. napus morphotypes and the cultivation history of semi-winter oilseed rape in Asia.

In this study, we developed a turn-on mitochondria-targeting hydrogen sulfide, "probe 1", based on the selective thiolysis of 7-nitro-1,2,3-benzoxadiazole amine moiety attached to the piperazine-based naphthalimide scaffold. Probe 1 exhibited excellent properties with 68-fold fluorescence enhancement, a low detection limit (2.46 μM), a low cytotoxicity, and a good selectivity toward hydrogen sulfide. The success of intracellular imaging indicated that probe 1 could be used in further applications for the investigation of biological functions and pathological roles of H2S in living systems.

Association mapping can quickly and efficiently dissect complex agronomic traits. Rapeseed is one of the most economically important polyploid oil crops, although its genome sequence is not yet published. In this study, a recently developed 60K Brassica Infinium(®) SNP array was used to analyse an association panel with 472 accessions. The single-nucleotide polymorphisms (SNPs) of the array were in silico mapped using 'pseudomolecules' representative of the genome of rapeseed to establish their hypothetical order and to perform association mapping of seed weight and seed quality. As a result, two significant associations on A8 and C3 of Brassica napus were detected for erucic acid content, and the peak SNPs were found to be only 233 and 128 kb away from the key genes BnaA.FAE1 and BnaC.FAE1. BnaA.FAE1 was also identified to be significantly associated with the oil content. Orthologues of Arabidopsis thaliana HAG1 were identified close to four clusters of SNPs associated with glucosinolate content on A9, C2, C7 and C9. For seed weight, we detected two association signals on A7 and A9, which were consistent with previous studies of quantitative trait loci mapping. The results indicate that our association mapping approach is suitable for fine mapping of the complex traits in rapeseed.

Abstract Common genetic factors likely contribute to multiple psychiatric diseases including mood and substance use disorders. Certain stable, heritable traits reflecting temperament, termed externalizing or internalizing, play a large role in modulating vulnerability to these disorders. To model these heritable tendencies, we selectively bred rats for high and low exploration in a novel environment (bred High Responders (bHR) vs. Low Responders (bLR)). To identify genes underlying the response to selection, we phenotyped and genotyped 558 rats from an F 2 cross between bHR and bLR. Several behavioral traits show high heritability, including the selection trait: exploratory locomotion (EL) in a novel environment. There were significant phenotypic and genetic correlations between tests that capture facets of EL and anxiety. There were also correlations with Pavlovian conditioned approach (PavCA) behavior despite the lower heritability of that trait. Ten significant and conditionally independent loci for six behavioral traits were identified. Five of the six traits reflect different facets of EL that were captured by three behavioral tests. Distance traveled measures from the open field and the elevated plus maze map onto different loci, thus may represent different aspects of novelty-induced locomotor activity. The sixth behavioral trait, number of fecal boli, is the only anxiety-related trait mapping to a significant locus on chromosome 18 within which the Pik3c3 gene is located. There were no significant loci for PavCA. We identified a missense variant in the Plekhf1 gene on the chromosome 1:95 Mb QTL and Fancf and Gas2 as potential candidate genes that may drive the chromosome 1:107 Mb QTL for EL traits. The identification of a locomotor activity-related QTL on chromosome 7 encompassing the Pkhd1l1 and Trhr genes is consistent with our previous finding of these genes being differentially expressed in the hippocampus of bHR vs. bLR rats. The strong heritability coupled with identification of several loci associated with exploratory locomotion and emotionality provide compelling support for this selectively bred rat model in discovering relatively large effect causal variants tied to elements of internalizing and externalizing behaviors inherent to psychiatric and substance use disorders.

ABSTRACT The carbon concentrating mechanism—C 4 photosynthesis—represents a classic example of convergent evolution. While how this important trait originated and evolved remains largely enigmatic. Here we present a high-quality chromosome-scale annotated genome assembly of the spider-flower Gynandropsis gynandra , a valuable leafy vegetable crop and medicinal plant that has also been recognized as an emerging C 4 model species. Repetitive elements occupy up to 71.91% of its genome, and over half are LTR-RTs derived from recent bursts, contributing to genome size expansion. Strikingly, LTR-RT explosion also played a critical role in C 4 evolution by altering expression features of photosynthesis-associated genes via preferential insertion in promoters. Synteny analysis in the Cleome genus unveils that an independent species-specific whole-genome duplication in G. gynandra , which we name Gg-α, occurred after divergence from its close relative C 3 plant Tarenaya hassleriana . Integrated multi-omics profiling demonstrates that Gg-α, gene family expansion, recent LTR-RT amplification and more recent species-specific tandem duplication events have all facilitated the evolution of C 4 photosynthesis, revealing uniqueness of C 4 evolution in this lineage. Moreover, high leaf vein density and heat stress resilience are associated with shifted gene expression patterns. Altogether, this mode of C 3 -to-C 4 transition yields new insights into evolutionary convergence of a complex plant trait.