Introduction: Human gut microbiota is believed to be directly or indirectly involved in cardiovascular diseases and hypertension. However, the identification and functional status of the hypertension-related gut microbe(s) have not yet been surveyed in a comprehensive manner. Methods: Here we characterized the gut microbiome in hypertension status by comparing fecal samples of 60 patients with primary hypertension and 60 gender-, age-, and body weight-matched healthy controls based on whole-metagenome shotgun sequencing. Results: Hypertension implicated a remarkable gut dysbiosis with significant reduction in within-sample diversity and shift in microbial composition. Metagenome-wide association study (MGWAS) revealed 53,953 microbial genes that differ in distribution between the patients and healthy controls (false discovery rate, 0.05) and can be grouped into 68 clusters representing bacterial species. Opportunistic pathogenic taxa, such as Klebsiella spp., Streptococcus spp. and Parabacteroides merdae were frequently distributed in hypertensive gut microbiome, whereas the short-chain fatty acid producer, such as Roseburia spp. and Faecalibacterium prausnitzii, were higher in controls. The number of hypertension-associated species also showed stronger correlation to the severity of disease. Functionally, the hypertensive gut microbiome exhibited higher membrane transport, lipopolysaccharide biosynthesis and steroid degradation, while in controls the metabolism of amino acid, cofactors and vitamins was found to be higher. We further provided the microbial markers for disease discrimination and achieved an area under the receiver operator characteristic curve (AUC) of 0.78, demonstrating the potential of gut microbiota in prediction of hypertension. Conclusion: These findings represent specific alterations in microbial diversity, genes, species and functions of the hypertensive gut microbiome. Further studies on the causality relationship between hypertension and gut microbiota will offer new prospects for treating and preventing the hypertension and its associated diseases.

Abstract The gut viral community has been linked to human physiology and health, but our knowledge of its genetic and functional contents and disease dependence is far from complete. Here, we collected 11,327 bulk or viral metagenomes from fecal samples from large-scale Chinese populations to establish a Chinese gut virus catalogue (cnGVC) comprising 67,096 nonredundant viral genomes. This catalogue included ∼70% of novel viruses that are not represented in existing gut viral databases, and allowed us to characterize the functional diversity and specificity of the gut virome. Using cnGVC, we 1) profiled the gut virome in large-scale populations and evaluated their sex- and age-related variations, 2) investigated the diversity and compositional patterns of the gut virome across common diseases by analyzing 6,314 bulk metagenomes spanning 28 disease or unhealthy statuses, and 3) identified a large number of universal viral signatures of diseases and validated their predictive ability for health status. Overall, our resources and results would contribute to the grand effort of expanding the knowledge of the human gut virome and addressing a full picture of the associations between viruses and common diseases.

Abstract Capsaicinoids confer pungency in Capsicum fruits, and the capsaicinoid content varies greatly among the five domesticated Capsicum species. Although it is generally recognized that capsaicinoid biosynthesis occurs exclusively in the placenta, few studies have focused on capsaicinoid biosynthesis gene (CBG) expression in the pericarp. Therefore, the transcriptional regulation mechanisms of capsaicinoid biosynthesis in the pericarp remain elusive. Here, the capsaicinoid contents of 32 accessions from five domesticated Capsicum species were analyzed. The results showed that the capsaicinoid contents of C. chinense accessions are significantly higher than those of the other four Capsicum species due to the increased accumulation of capsaicinoids, especially in the pericarp. Compared to that in accessions with low pericarp capsaicinoid content, the expression of the master regulator MYB31 is significantly upregulated in the pericarp in C. chinense accessions, which leads to high levels of CBG expression. Moreover, in fruits of the extremely pungent ‘Trinidad Moruga Scorpion’ ( C. chinense ) and low-pungency ‘59’ inbred line ( C. annuum ) at different developmental stages, the capsaicinoid accumulation patterns were consistent with the MYB31 and CBG expression levels in the pericarp. Taken together, our results provide novel insights into the molecular mechanism arising from the expression of a master regulator in the pericarp that results in exceedingly hot peppers. The genetic resources identified in this study could be used as genetic resources for the genetic improvement of pepper pungency.

Abstract The architecture of topologically associating domains (TADs) varies across plant genomes. Understanding the functional consequences of this diversity requires insights into the pattern, structure, and function of TADs. Here, we present a comprehensive investigation of the 3D genome organization of pepper ( Capsicum annuum ) and its association with gene expression and genomic variants. We report the first chromosome-scale long-read genome assembly of pepper and generate Hi-C contact maps for four tissues. The contact maps indicate that 3D structure varies somewhat across tissues, but generally the genome was segregated into subcompartments that were correlated with transcriptional state. In addition, chromosomes were almost continuously spanned by TADs, with the most prominent found in large genomic regions that were rich in retrotransposons. A substantial fraction of TAD boundaries were demarcated by chromatin loops, suggesting loop extrusion is a major mechanism for TAD formation; many of these loops were bordered by genes, especially in highly repetitive regions, resulting in gene clustering in three dimensional space. Integrated analysis of Hi-C profiles and transcriptomes showed that change in 3D chromatin structures (e.g. subcompartments, TADs, and loops) was not the primary mechanism contributing to differential gene expression between tissues, but chromatin structure does play a role in transcription stability. TAD boundaries were significantly enriched for breaks of synteny and depletion of sequence variation, suggesting that TADs constrain patterns of genome structural evolution in plants. Together, our work provides insights into principles of 3D genome folding in large plant genomes and its association with function and evolution.

Abstract Bacterial wilt (BW) is a soil-borne disease that severely impacts plant growth and productivity globally. Ubiquitination plays a crucial role in disease resistance. Our previous research indicated that NAC transcription factor SmNAC negatively regulates BW resistance in eggplant ( Solanum melongena ). However, whether the ubiquitin/26S proteasome system (UPS) participates in this regulation is unknown. This study used SmNAC as a bait to screen eggplant cDNA library and obtained SmDDA1b, an E3 ubiquitin ligase. Subcellular location and bimolecular fluorescence complementation assays revealed that SmDDA1b could interact with SmNAC in the nucleus. The in vivo and in vitro ubiquitination experiments indicated that SmDDA1b can degrade SmNAC through UPS. However, the discovery of negative regulation of SmDDA1b expression by SmNAC showed that there was a negative feedback loop between SmNAC and SmDDA1b in eggplant. The SmDDA1b- overexpressed lines showed a higher BW resistance associated with high expression levels of salicylic acid (SA)-related genes and SA content than the wild-type lines. However, SmDDA1b -silencing lines showed the opposite results, indicating that SmDDA1b is a positive regulatory gene for BW resistance. This study provides a candidate gene that can enhance BW resistance in eggplants. In addition, it provides insight into a mechanism that promotes plant disease resistance via the SmDDA1b-SmNAC-SA pathway.

Abstract Background/purpose(s) The gut microbiota and its metabolites play crucial roles in pathogenesis of arthritis, highlighting gut microbiota as a promising avenue for modulating autoimmunity. However, the characterization of the gut virome in arthritis patients, including osteoarthritis (OA) and gouty arthritis (GA), requires further investigation. Methods We employed virus-like particle (VLP)-based metagenomic sequencing to analyze gut viral community in 20 OA patients, 26 GA patients, and 31 healthy controls, encompassing a total of 77 fecal samples. Results Our analysis generated 6819 vOTUs, with a considerable proportion of viral genomes differing from existing catalogs. The gut virome in OA and GA patients differed significantly from healthy controls, showing variations in diversity and viral family abundances. We identified 157 OA-associated and 94 GA-associated vOTUs, achieving high accuracy in patient-control discrimination with random forest models. OA-associated viruses were predicted to infect pro-inflammatory bacteria or bacteria associated with immunoglobulin A production, while GA-associated viruses were linked to Bacteroidaceae or Lachnospiraceae phages. Furthermore, several viral functional orthologs displayed significant differences in frequency between OA-enriched and GA-enriched vOTUs, suggesting potential functional roles of these viruses. Additionally, we trained classification models based on gut viral signatures to effectively discriminate OA or GA patients from healthy controls, yielding AUC values up to 0.97, indicating the clinical utility of the gut virome in diagnosing OA or GA. Conclusion Our study highlights distinctive alterations in viral diversity and taxonomy within gut virome of OA and GA patients, offering insights into arthritis etiology and potential treatment and prevention strategies. Graphical Abstract

Chinese kale is a native vegetable from the Brassicaceae family that is grown extensively in Southeast Asia and Southern China. Its low genetic transformation and gene editing efficiency hinder gene function research and molecular biology in Chinese kale. CRISPR/Cas9 is a useful tool for plant genome research due to its rapid development and optimization. This study targeted BocPDSs, (BocPDS1, BocPDS2) to establish an effective CRISPR/Cas9 system in Chinese kale. A tandemly arranged tRNA-sgRNA construct was used to express numerous sgRNAs to induce BocPDS1 and BocPDS2 double and single mutations, with a mutation rate of 61.11%. As predicted, several mutant plants showed an albino phenotype with a harbored mutation in an exon and intron region, highlighting the relevance of the intron. The presence of mutations in the intron region suggests that the cleavage process in Chinese kale, utilizing CRISPR/Cas9 shows a preference for AT-rich regions. The distinct and somewhat redundant functions of BocPDS1 and BocPDS2 are demonstrated by the complete albino phenotype of the double mutants and the mosaic albino phenotype of the individual BocPDS1 and BocPDS2 mutants. Specific gene editing modes, including base deletion, base substitution, and base insertion, were identified in the sequence of the target gene. Among them, short nucleotide insertions were the most common type of insertion, with base insertions having the highest frequency (61.54%). Furthermore, no instances of off-target gene editing were detected. The current work demonstrated that the CRISPR/Cas9 gene editing system, which relies on endogenous tRNA processing, can effectively induce mutagenesis in Chinese kale. This finding establishes a theoretical basis and technical backbone for the more effective implementation of CRISPR/Cas9 gene-editing technology in Chinese kale and Brassica plants.

Summary Carotenoids act as phytohormones and volatile compound precursors that influence plant development and confer characteristic colours, affecting both the aesthetic and nutritional value of fruits. Carotenoid pigmentation in ripening fruits is highly dependent on developmental trajectories. Transcription factors incorporate developmental and phytohormone signalling to regulate the biosynthesis process. In contrast to the well-established pathways regulating ripening-related carotenoid biosynthesis in climacteric fruit, carotenoid regulation in nonclimacteric fruit is poorly understood. Capsanthin is the primary carotenoid of nonclimacteric pepper (Capsicum) fruit; its biosynthesis is tightly associated with fruit ripening, and it confers red pigment to the ripening fruit. In this study, using a weighted gene coexpression network and expression analysis, we identified an R-R-type MYB transcription factor, DIVARICATA1, and demonstrated that it is tightly associated with the levels of carotenoid biosynthetic genes (CBGs) and capsanthin accumulation. DIVARICATA1 encodes a nucleus-localized protein that functions primarily as a transcriptional activator. Functional analyses demonstrated that DIVARICATA1 positively regulates CBG transcript levels and capsanthin contents by directly binding to and activating the CBG promoter transcription. Furthermore, the association analysis revealed a significant positive association between DIVARICATA1 transcription level and capsanthin content. Abscisic acid (ABA) promotes capsanthin biosynthesis in a DIVARICATA1-dependent manner. Comparative transcriptomic analysis of DIVARICATA1 in pepper and its orthologue in a climacteric fruit, tomato, suggests that its function might be subject to divergent evolution among the two species. This study illustrates the transcriptional regulation of capsanthin biosynthesis and offers a novel target for breeding peppers with high red colour intensity.