An a-maize-ing set of genomes Maize is an important crop cultivated worldwide. As maize spread across the world, selection for local environments resulted in variation, but the impact on differences between the genome has not been quantified. By producing high-quality genomic sequences of the 26 lines used in the maize nested association mapping panel, Hufford et al . map important traits and demonstrate the diversity of maize. Examining RNA and methylation of genes across accessions, the authors identified a core set of maize genes. Beyond this core set, comparative analysis across lines identified high levels of variation in the total set of genes, the maize pan-genome. The value of this resource was further exemplified by mapping quantitative traits of interest, including those related to pathogen resistance. —LMZ

Unlocking retinal regeneration in mice Zebrafish can regenerate damaged retinal tissue, but mice cannot. Hoang et al. found that tracking changes in gene expression and chromatin accessibility upon injury revealed clues as to why retinal glial cells in zebrafish could generate new neurons but the same cell type in mice could not. In zebrafish, activated Müller glial cells shift into a proliferative phase, whereas in mice, a genetic network returns the glial cells to quiescence. A few transcription factors enforce quiescence in the mouse, and disruption of these allowed Müller glia to proliferate and generate new neurons after retinal injury. Science , this issue p. eabb8598

Abstract We report de novo genome assemblies, transcriptomes, annotations, and methylomes for the 26 inbreds that serve as the founders for the maize nested association mapping population. The data indicate that the number of pan-genes exceeds 103,000 and that the ancient tetraploid character of maize continues to degrade by fractionation to the present day. Excellent contiguity over repeat arrays and complete annotation of centromeres further reveal the locations and internal structures of major cytological landmarks. We show that combining structural variation with SNPs can improve the power of quantitative mapping studies. Finally, we document variation at the level of DNA methylation, and demonstrate that unmethylated regions are enriched for cis-regulatory elements that overlap QTL and contribute to changes in gene expression. One sentence summary A multi-genome analysis of maize reveals previously unknown variation in gene content, genome structure, and methylation.

Abstract Direct reprogramming of glia into neurons is a potentially promising approach for the replacement of neurons lost to injury or neurodegenerative disorders. Knockdown of the polypyrimidine tract-binding protein Ptbp1 has been recently reported to induce efficient conversion of retinal Müller glia and brain astrocytes into functional neurons. However, genetic analysis of Ptbp1 function in adult glia has not been conducted. Here, we use a combination of genetic lineage tracing, scRNA-Seq, and electrophysiological analysis to show that specific deletion of Ptbp1 in adult retinal Müller glia and brain astrocytes does not lead to any detectable level of glia-to-neuron conversion. Only a few changes in gene expression are observed in glia following Ptbp1 deletion, and glial identity is maintained. These findings highlight the importance of using genetic manipulation and lineage tracing methods in studying cell type conversion.

Abstract Retinal ganglion cells (RGCs), which relay visual information from the eye to the brain, are the first cell type generated during retinal neurogenesis. Loss of function of the transcription factor Atoh7 , which is expressed in multipotent early neurogenic retinal progenitor cells, leads to a selective and near complete loss of RGCs. Atoh7 has thus been considered essential for conferring competence on progenitors to generate RGCs. However, when apoptosis is inhibited in Atoh7- deficient mice by loss of function of Bax , only a modest reduction in RGC number is observed. Single-cell RNA-Seq of Atoh7;Bax -deficient retinas shows that RGC differentiation is delayed, but that RGC precursors are grossly normal. Atoh7;Bax -deficient RGCs eventually mature, fire action potentials, and incorporate into retinal circuitry, but exhibit severe axonal guidance defects. This study reveals an essential role for Atoh7 in RGC survival, and demonstrates Atoh7- independent mechanisms for RGC specification.

Abstract Gene regulatory networks (GRNs), consisting of transcription factors and their target cis- regulatory sequences, control neurogenesis and cell fate specification in the developing central nervous system, but their organization is poorly characterized. In this study, we performed integrated single-cell RNA- and scATAC-seq analysis in both mouse and human retina to profile dynamic changes in gene expression, chromatin accessibility and transcription factor footprinting during retinal neurogenesis. We identified multiple interconnected, evolutionarily-conserved GRNs consisting of cell type-specific transcription factors that both activate expression of genes within their own network and often inhibit expression of genes in other networks. These GRNs control state transitions within primary retinal progenitors that underlie temporal patterning, regulate the transition from primary to neurogenic progenitors, and drive specification of each major retinal cell type. We confirmed the prediction of this analysis that the NFI transcription factors Nfia , Nfib , and Nfix selectively activate expression of genes that promote late-stage temporal identity in primary retinal progenitors. We also used GRNs to identify additional transcription factors that promote ( Insm1/2 ) and inhibit ( Tbx3 , Tcf7l1 / 2 ) rod photoreceptor specification in postnatal retina. This study provides an inventory of cis- and trans-acting factors that control retinal development, identifies transcription factors that control the temporal identity of retinal progenitors and cell fate specification, and will potentially guide cell-based therapies aimed at replacing retinal neurons lost due to disease.

Abstract GABAergic neurons of the hypothalamus regulate many innate behaviors, but little is known about the mechanisms that control their development. We previously identified hypothalamic neurons that express the LIM homeodomain transcription factor Lhx6, a master regulator of cortical interneuron development, as sleep-promoting. In contrast to telencephalic interneurons, hypothalamic Lhx6 neurons do not undergo long-distance tangential migration and do not express cortical interneuronal markers such as Pvalb . Here, we show that Lhx6 is necessary for the survival of hypothalamic neurons. Dlx1/2 , Nkx2-2 , and Nkx2-1 are each required for specification of spatially distinct subsets of hypothalamic Lhx6 neurons, and that Nkx2-2+/Lhx6+ neurons of the zona incerta are responsive to sleep pressure. We further identify multiple neuropeptides that are enriched in spatially segregated subsets of hypothalamic Lhx6 neurons, and that are distinct from those seen in cortical neurons. These findings identify common and divergent molecular mechanisms by which Lhx6 controls the development of GABAergic neurons in the hypothalamus.

Abstract Structure-function analyses of the mammalian brain have historically relied on anatomically-based approaches. In these investigations, physical, chemical, or electrolytic lesions of anatomical structures are applied, and the resulting behavioral or physiological responses assayed. An alternative approach is to focus on the expression pattern of a molecule whose function has been characterized and then use genetic intersectional methods to optogenetically or chemogenetically manipulate distinct circuits. We previously identified WIDE AWAKE (WAKE) in Drosophila , a clock output molecule that mediates the temporal regulation of sleep onset and sleep maintenance. More recently, we have studied the mouse homolog, mWAKE/ANKFN1, and found that its role in the circadian regulation of arousal is conserved. Here, we perform a systematic analysis of the expression pattern of mWake mRNA, protein, and cells throughout the adult mouse brain. We find that mWAKE labels neurons in a restricted, but distributed manner, in multiple regions of the hypothalamus (including the suprachiasmatic nucleus), the limbic system, sensory processing nuclei, and additional specific brainstem, subcortical, and cortical areas. Interestingly, mWAKE is also observed in non-neuronal ependymal cells. In addition, to describe the molecular identities and clustering of mWake + cells, we provide detailed analyses of single cell RNA sequencing data from the hypothalamus, a region with particularly significant mWAKE expression. These findings lay the groundwork for future studies into the potential role of mWake + cells in the rhythmic control of diverse behaviors and physiological processes.

Abstract The tuberal hypothalamus houses several major hypothalamic nuclei, dozens of transcriptionally distinct cell types, and clinically relevant cell populations implicated in obesity and related metabolic disorders. Building on recent advances in the field, here we draw upon transcriptional, signalling, and fate mapping analyses of chicken embryos and neuroepithelial explants to analyze tuberal hypothalamic development. We show that a wave of BMP signalling sweeps through early floor plate-like progenitors overlying prospective Rathke’s pouch as they track anteriorly. The timing of BMP signalling correlates with cell fate, with anterior tuberal specification complete by Hamilton-Hamburger (HH) stage 10 but posterior tuberal progenitors requiring BMPs after this point. scRNA-Seq profiling of FGF10 -expressing cells, a proxy for cells with active BMP signalling, through HH8-21 reveals transcriptional differences that may underlie their differing response to BMPs, and the switch from neuroepithelial progenitors to stem-like radial glial cells. This study provides an integrated account of the development of the tuberal hypothalamus.

Abstract Retrobulbar fat deposits surround the posterior retina and optic nerve head, but their function and origin are obscure. We report that mouse retrobulbar fat is a neural crest-derived tissue histologically and transcriptionally resembles interscapular brown fat. In contrast, human retrobulbar fat closely resembles white adipose tissue. Retrobulbar fat is also brown in other rodents, which are typically housed at temperatures below thermoneutrality, but is white in larger animals. We show that retrobulbar fat in mice housed at thermoneutral temperature show reduced expression of the brown fat marker Ucp1 , and histological properties intermediate between white and brown fat. We conclude that retrobulbar fat can potentially serve as a site of active thermogenesis, that this capability is both temperature and species-dependent, and that this may facilitate regulation of intraocular temperature.