We present an end-to-end genome assembly of a female Aedes aegypti mosquito, which spreads viral diseases such as yellow fever, dengue, chikungunya, and Zika to humans. The assembly is based on an earlier genome published in 2007 and improved in 2013. The new assembly has a scaffold N50 of 419Mb, with 96.9% of the ungapped sequence anchored to chromosomes. We used the new assembly to examine the conservation of A. aegypti chromosomes. Our results suggest that synteny is strongly conserved between Ae. aegypti and An. gambiae. Comparison to D. melanogaster highlights the extent to which the identity of entire chromosome arms is preserved across dipterans.

We report the complete sequence of an extreme halophile, Halobacterium sp. NRC-1, harboring a dynamic 2,571,010-bp genome containing 91 insertion sequences representing 12 families and organized into a large chromosome and 2 related minichromosomes. The Halobacterium NRC-1 genome codes for 2,630 predicted proteins, 36% of which are unrelated to any previously reported. Analysis of the genome sequence shows the presence of pathways for uptake and utilization of amino acids, active sodium-proton antiporter and potassium uptake systems, sophisticated photosensory and signal transduction pathways, and DNA replication, transcription, and translation systems resembling more complex eukaryotic organisms. Whole proteome comparisons show the definite archaeal nature of this halophile with additional similarities to the Gram-positive Bacillus subtilis and other bacteria. The ease of culturing Halobacterium and the availability of methods for its genetic manipulation in the laboratory, including construction of gene knockouts and replacements, indicate this halophile can serve as an excellent model system among the archaea.

Female Aedes aegypti mosquitoes infect more than 400 million people each year with dangerous viral pathogens including dengue, yellow fever, Zika and chikungunya. Progress in understanding the biology of mosquitoes and developing the tools to fight them has been slowed by the lack of a high-quality genome assembly. Here we combine diverse technologies to produce the markedly improved, fully re-annotated AaegL5 genome assembly, and demonstrate how it accelerates mosquito science. We anchored physical and cytogenetic maps, doubled the number of known chemosensory ionotropic receptors that guide mosquitoes to human hosts and egg-laying sites, provided further insight into the size and composition of the sex-determining M locus, and revealed copy-number variation among glutathione S-transferase genes that are important for insecticide resistance. Using high-resolution quantitative trait locus and population genomic analyses, we mapped new candidates for dengue vector competence and insecticide resistance. AaegL5 will catalyse new biological insights and intervention strategies to fight this deadly disease vector. An improved, fully re-annotated Aedes aegypti genome assembly (AaegL5) provides insights into the sex-determining M locus, chemosensory systems that help mosquitoes to hunt humans and loci involved in insecticide resistance and will help to generate intervention strategies to fight this deadly disease vector.

We investigated genome folding across the eukaryotic tree of life. We find two types of three-dimensional (3D) genome architectures at the chromosome scale. Each type appears and disappears repeatedly during eukaryotic evolution. The type of genome architecture that an organism exhibits correlates with the absence of condensin II subunits. Moreover, condensin II depletion converts the architecture of the human genome to a state resembling that seen in organisms such as fungi or mosquitoes. In this state, centromeres cluster together at nucleoli, and heterochromatin domains merge. We propose a physical model in which lengthwise compaction of chromosomes by condensin II during mitosis determines chromosome-scale genome architecture, with effects that are retained during the subsequent interphase. This mechanism likely has been conserved since the last common ancestor of all eukaryotes.

Abstract Megabase-scale intervals of active, gene-rich and inactive, gene-poor chromatin are known to segregate, forming the A and B compartments. Fine mapping of the contents of these A and B compartments has been hitherto impossible, owing to the extraordinary sequencing depths required to distinguish between the long-range contact patterns of individual loci, and to the computational complexity of the associated calculations. Here, we generate the largest published in situ Hi-C map to date, spanning 33 billion contacts. We also develop a computational method, dubbed PCA of Sparse, SUper Massive Matrices (POSSUMM), that is capable of efficiently calculating eigenvectors for sparse matrices with millions of rows and columns. Applying POSSUMM to our Hi-C dataset makes it possible to assign loci to the A and B compartment at 500 bp resolution. We find that loci frequently alternate between compartments as one moves along the contour of the genome, such that the median compartment interval is only 12.5 kb long. Contrary to the findings in coarse-resolution compartment profiles, we find that individual genes are not uniformly positioned in either the A compartment or the B compartment. Instead, essentially all (95%) active gene promoters localize in the A compartment, but the likelihood of localizing in the A compartment declines along the body of active genes, such that the transcriptional termini of long genes (>60 kb) tend to localize in the B compartment. Similarly, nearly all active enhancers elements (95%) localize in the A compartment, even when the flanking sequences are comprised entirely of inactive chromatin and localize in the B compartment. These results are consistent with a model in which DNA-bound regulatory complexes give rise to phase separation at the scale of individual DNA elements.

Abstract Olfaction relies on a coordinated partnership between odorant flow and neuronal communication. Disruption in our ability to detect odors, or anosmia, has emerged as a hallmark symptom of infection with SARS-CoV-2, yet the mechanism behind this abrupt sensory deficit remains elusive. Here, using molecular evaluation of human olfactory epithelium (OE) from subjects succumbing to COVID-19 and a hamster model of SARS-CoV-2 infection, we discovered widespread downregulation of olfactory receptors (ORs) as well as key components of their signaling pathway. OR downregulation likely represents a non-cell autonomous effect, since SARS-CoV-2 detection in OSNs is extremely rare both in human and hamster OEs. A likely explanation for the reduction of OR transcription is the striking reorganization of nuclear architecture observed in the OSN lineage, which disrupts multi-chromosomal compartments regulating OR expression in humans and hamsters. Our experiments uncover a novel molecular mechanism by which a virus with a very selective tropism can elicit persistent transcriptional changes in cells that evade it, contributing to the severity of COVID-19.

Female Aedes aegypti mosquitoes infect hundreds of millions of people each year with dangerous viral pathogens including dengue, yellow fever, Zika, and chikungunya. Progress in understanding the biology of this insect, and developing tools to fight it, has been slowed by the lack of a high-quality genome assembly. Here we combine diverse genome technologies to produce AaegL5, a dramatically improved and annotated assembly, and demonstrate how it accelerates mosquito science and control. We anchored the physical and cytogenetic maps, resolved the size and composition of the elusive sex-determining “M locus”, significantly increased the known members of the glutathione-S-transferase genes important for insecticide resistance, and doubled the number of chemosensory ionotropic receptors that guide mosquitoes to human hosts and egg-laying sites. Using high-resolution QTL and population genomic analyses, we mapped new candidates for dengue vector competence and insecticide resistance. We predict that AaegL5 will catalyse new biological insights and intervention strategies to fight this deadly arboviral vector.