To understand the impact of gut microbes on human health and well-being it is crucial to assess their genetic potential. Here we describe the Illumina-based metagenomic sequencing, assembly and characterization of 3.3 million non-redundant microbial genes, derived from 576.7 gigabases of sequence, from faecal samples of 124 European individuals. The gene set, ∼150 times larger than the human gene complement, contains an overwhelming majority of the prevalent (more frequent) microbial genes of the cohort and probably includes a large proportion of the prevalent human intestinal microbial genes. The genes are largely shared among individuals of the cohort. Over 99% of the genes are bacterial, indicating that the entire cohort harbours between 1,000 and 1,150 prevalent bacterial species and each individual at least 160 such species, which are also largely shared. We define and describe the minimal gut metagenome and the minimal gut bacterial genome in terms of functions present in all individuals and most bacteria, respectively. The human body plays host to an estimated 100 trillion microbial cells, most of them in the gut where they have a profound influence on human physiology and nutrition — and are now regarded as crucial for human life. Gut microbes contribute to the energy harvest from food, and changes of gut microbiome may be associated with bowel diseases or obesity. Now the international MetaHIT (Metagenomics of the Human Intestinal Tract) project has published a gene catalogue of the human gut microbiome derived from 124 healthy, overweight and obese human adults, as well as inflammatory disease patients, from Denmark and Spain. The resulting data provide the first insights into this gene set — which is over 150 times larger than the human gene complement — and show that the genes are largely shared among individuals. Based on the variety of functions encoded by the gene set, it is possible to define both a minimal gut metagenome and a minimal gut bacterial genome. Deep metagenomic sequencing and characterization of the human gut microbiome from healthy and obese individuals, as well as those suffering from inflammatory bowel disease, provide the first insights into this gene set and how much of it is shared among individuals. The minimal gut metagenome as well as the minimal gut bacterial genome is also described.

Here we analyse genetic variation, population structure and diversity among 3,010 diverse Asian cultivated rice (Oryza sativa L.) genomes from the 3,000 Rice Genomes Project. Our results are consistent with the five major groups previously recognized, but also suggest several unreported subpopulations that correlate with geographic location. We identified 29 million single nucleotide polymorphisms, 2.4 million small indels and over 90,000 structural variations that contribute to within- and between-population variation. Using pan-genome analyses, we identified more than 10,000 novel full-length protein-coding genes and a high number of presence–absence variations. The complex patterns of introgression observed in domestication genes are consistent with multiple independent rice domestication events. The public availability of data from the 3,000 Rice Genomes Project provides a resource for rice genomics research and breeding. Analyses of genetic variation and population structure based on over 3,000 cultivated rice (Oryza sativa) genomes reveal subpopulations that correlate with geographic location and patterns of introgression consistent with multiple rice domestication events.

Contingency management interventions that provide tangible incentives based on objective indicators of drug abstinence are efficacious in improving outcomes in substance abusers, but these treatments have rarely been implemented in community-based settings.To evaluate the efficacy of an abstinence-based contingency management intervention as an addition to usual care in community treatment settings.Random assignment to usual care or usual care plus abstinence-based incentives for 12 weeks.Eight community-based outpatient psychosocial drug abuse treatment programs.A total of 415 cocaine or methamphetamine users beginning outpatient substance abuse treatment.All participants received standard care, and those assigned to the abstinence-based incentive condition also earned chances to win prizes for submitting substance-free urine samples; the chances of winning prizes increased with continuous time abstinent.Retention, counseling attendance, total number of substance-free samples provided, percentage of stimulant- and alcohol-free samples submitted, and longest duration of confirmed stimulant abstinence.Participants assigned to the abstinence-based incentive condition remained in treatment for a mean +/- SD of 8.0 +/- 4.2 weeks and attended a mean +/- SD of 19.2 +/- 16.8 counseling sessions compared with 6.9 +/- 4.4 weeks and 15.7 +/- 14.4 sessions for those assigned to the usual care condition (P<.02 for all). Participants in the abstinence-based incentive condition also submitted significantly more stimulant- and alcohol-free samples (P<.001). The abstinence-based incentive group was significantly more likely to achieve 4, 8, and 12 weeks of continuous abstinence than the control group, with odds ratios of 2.5, 2.7, and 4.5, respectively. However, the percentage of positive samples submitted was low overall and did not differ between conditions.The abstinence-based incentive procedure, which provided a mean of 203 dollars in prizes per participant, was efficacious in improving retention and associated abstinence outcomes.

Abstract Lys-27-Met mutations in histone 3 genes (H3K27M) characterize a subgroup of deadly gliomas and decrease genome-wide H3K27 trimethylation. Here we use primary H3K27M tumor lines and isogenic CRISPR-edited controls to assess H3K27M effects in vitro and in vivo. We find that whereas H3K27me3 and H3K27me2 are normally deposited by PRC2 across broad regions, their deposition is severely reduced in H3.3K27M cells. H3K27me3 is unable to spread from large unmethylated CpG islands, while H3K27me2 can be deposited outside these PRC2 high-affinity sites but to levels corresponding to H3K27me3 deposition in wild-type cells. Our findings indicate that PRC2 recruitment and propagation on chromatin are seemingly unaffected by K27M, which mostly impairs spread of the repressive marks it catalyzes, especially H3K27me3. Genome-wide loss of H3K27me3 and me2 deposition has limited transcriptomic consequences, preferentially affecting lowly-expressed genes regulating neurogenesis. Removal of H3K27M restores H3K27me2/me3 spread, impairs cell proliferation, and completely abolishes their capacity to form tumors in mice.

Abstract Diffuse Intrinsic Pontine Gliomas (DIPGs) are deadly paediatric brain tumours where needle biopsies help guide diagnosis and targeted therapies. To address spatial heterogeneity, here we analyse 134 specimens from various neuroanatomical structures of whole autopsy brains from nine DIPG patients. Evolutionary reconstruction indicates histone 3 (H3) K27M—including H3.2K27M—mutations potentially arise first and are invariably associated with specific, high-fidelity obligate partners throughout the tumour and its spread, from diagnosis to end-stage disease, suggesting mutual need for tumorigenesis. These H3K27M ubiquitously-associated mutations involve alterations in TP53 cell-cycle ( TP53/PPM1D ) or specific growth factor pathways ( ACVR1/PIK3R1 ). Later oncogenic alterations arise in sub-clones and often affect the PI3K pathway. Our findings are consistent with early tumour spread outside the brainstem including the cerebrum. The spatial and temporal homogeneity of main driver mutations in DIPG implies they will be captured by limited biopsies and emphasizes the need to develop therapies specifically targeting obligate oncohistone partnerships.

Adrenal Cushing’s syndrome is caused by excess production of glucocorticoid from adrenocortical tumors and hyperplasias, which leads to metabolic disorders. We performed whole-exome sequencing of 49 blood-tumor pairs and RNA sequencing of 44 tumors from cortisol-producing adrenocortical adenomas (ACAs), adrenocorticotropic hormone–independent macronodular adrenocortical hyperplasias (AIMAHs), and adrenocortical oncocytomas (ADOs). We identified a hotspot in the PRKACA gene with a L205R mutation in 69.2% (27 out of 39) of ACAs and validated in 65.5% of a total of 87 ACAs. Our data revealed that the activating L205R mutation, which locates in the P+1 loop of the protein kinase A (PKA) catalytic subunit, promoted PKA substrate phosphorylation and target gene expression. Moreover, we discovered the recurrently mutated gene DOT1L in AIMAHs and CLASP2 in ADOs. Collectively, these data highlight potentially functional mutated genes in adrenal Cushing’s syndrome.

This research has been conducted using the UK Biobank Resource under application 9905 and 19808. This work was supported by the Medical Research Council [Unit Programme number MC_UU_12015/2]. Full study-specific and individual acknowledgements can be found in the supplementary information.

Abstract Bone mineral has a complex 3D architecture that is essential to its mechanical properties. It is a complex calcium phosphate phase related to hydroxyapatite that also contains significant quantities of cell respiration metabolites, in particular: carbonate, citrate and lactate. An as-yet unanswered question is what, if any, role do these metabolites collectively play in determining the 3D architecture of bone mineral? Here we synthesize apatitic materials by transformation from precursor mineral phases containing citrate, lactate or carbonate so that the synthesis environment mimics the densely-packed ionic environment within which bone mineral forms in vivo, and so that we can understand the mineral factors that may direct bone mineral 3D architecture. We show that incorporating citrate and lactate leads to complex mineral architectures reminiscent of those in bone mineral, including curvature of the mineral crystals. Our results suggest that metabolic acids may assist the moulding of bone mineral to restricted spaces available for mineral in in vivo bone. We find that the incorporation of lactate creates a softer material and inhibits the transformation towards apatitic structures, which may help to explain why foetal bone – necessarily soft – contains considerable quantities of lactate. High levels of plasma citrate have been previously found to correlate with high bone mineral density. Here we find that citrate incorporation leads to mineral crystal curvature modelling that in in vivo bone mineral suggesting its importance in mineral morphology. We conclude that metabolic anions may play an important role in controlling bone mineral physicochemical properties and 3D architecture.

The chromosomal theory of inheritance has dominated human genetics, including cancer genetics. Genes on the same chromosome segregate together while genes on different chromosomes assort independently, providing a fundamental tenet of Mendelian inheritance. Extrachromosomal DNA (ecDNA) is a frequent event in cancer that drives oncogene amplification, dysregulated gene expression and intratumoral heterogeneity, including through random segregation during cell division. Distinct ecDNA sequences, herein termed ecDNA species, can co-exist to facilitate intermolecular cooperation in cancer cells. However, how multiple ecDNA species within a tumor cell are assorted and maintained across somatic cell generations to drive cancer cell evolution is not known. Here we show that cooperative ecDNA species can be coordinately inherited through mitotic co-segregation. Imaging and single-cell analyses show that multiple ecDNAs encoding distinct oncogenes co-occur and are correlated in copy number in human cancer cells. EcDNA species are coordinately segregated asymmetrically during mitosis, resulting in daughter cells with simultaneous copy number gains in multiple ecDNA species prior to any selection. Computational modeling reveals the quantitative principles of ecDNA co-segregation and co-selection, predicting their observed distributions in cancer cells. Finally, we show that coordinated inheritance of ecDNAs enables co-amplification of specialized ecDNAs containing only enhancer elements and guides therapeutic strategies to jointly deplete cooperating ecDNA oncogenes. Coordinated inheritance of ecDNAs confers stability to oncogene cooperation and novel gene regulatory circuits, allowing winning combinations of epigenetic states to be transmitted across cell generations.

Fenpropidin (FPD), a widely employed chiral fungicide, is frequently detected in diverse environments. In an in vitro rat liver microsomes cultivation (RLMs), the metabolism exhibited the order of R-FPD > S-FPD, with respective half-lives of 10.42 ± 0.11 and 12.06 ± 0.15 min, aligning with kinetic analysis results. CYP3A2 has been demonstrated to be the most significant oxidative enzyme through CYP450 enzyme inhibition experiments. Molecular dynamics simulations unveiled the enantioselective metabolic mechanism, demonstrating that R-FPD forms hydrogen bonds with the CYP3A2 protein, resulting in a higher binding affinity (-6.58 kcal mol