DNA methylation is an important feature of plant epigenomes, involved in the formation of heterochromatin and affecting gene expression. Extensive variation of DNA methylation patterns within a species has been uncovered from studies of natural variation. However, the extent to which DNA methylation varies between flowering plant species is still unclear. To understand the variation in genomic patterning of DNA methylation across flowering plant species, we compared single base resolution DNA methylomes of 34 diverse angiosperm species.By analyzing whole-genome bisulfite sequencing data in a phylogenetic context, it becomes clear that there is extensive variation throughout angiosperms in gene body DNA methylation, euchromatic silencing of transposons and repeats, as well as silencing of heterochromatic transposons. The Brassicaceae have reduced CHG methylation levels and also reduced or loss of CG gene body methylation. The Poaceae are characterized by a lack or reduction of heterochromatic CHH methylation and enrichment of CHH methylation in genic regions. Furthermore, low levels of CHH methylation are observed in a number of species, especially in clonally propagated species.These results reveal the extent of variation in DNA methylation in angiosperms and show that DNA methylation patterns are broadly a reflection of the evolutionary and life histories of plant species.

Massively parallel DNA sequencing offers many benefits, but major inhibitory cost factors include: (1) start-up (i.e., purchasing initial reagents and equipment); (2) buy-in (i.e., getting the smallest possible amount of data from a run); and (3) sample preparation. Reducing sample preparation costs is commonly addressed, but start-up and buy-in costs are rarely addressed. We present dual-indexing systems to address all three of these issues. By breaking the library construction process into universal, re-usable, combinatorial components, we reduce all costs, while increasing the number of samples and the variety of library types that can be combined within runs. We accomplish this by extending the Illumina TruSeq dual-indexing approach to 768 (384 + 384) indexed primers that produce 384 unique dual-indexes or 147,456 (384 × 384) unique combinations. We maintain eight nucleotide indexes, with many that are compatible with Illumina index sequences. We synthesized these indexing primers, purifying them with only standard desalting and placing small aliquots in replicate plates. In qPCR validation tests, 206 of 208 primers tested passed (99% success). We then created hundreds of libraries in various scenarios. Our approach reduces start-up and per-sample costs by requiring only one universal adapter that works with indexed PCR primers to uniquely identify samples. Our approach reduces buy-in costs because: (1) relatively few oligonucleotides are needed to produce a large number of indexed libraries; and (2) the large number of possible primers allows researchers to use unique primer sets for different projects, which facilitates pooling of samples during sequencing. Our libraries make use of standard Illumina sequencing primers and index sequence length and are demultiplexed with standard Illumina software, thereby minimizing customization headaches. In subsequent Adapterama papers, we use these same primers with different adapter stubs to construct amplicon and restriction-site associated DNA libraries, but their use can be expanded to any type of library sequenced on Illumina platforms.

Abstract Next-generation DNA sequencing (NGS) offers many benefits, but major factors limiting NGS include reducing costs of: 1) start-up (i.e., doing NGS for the first time); 2) buy-in (i.e., getting the smallest possible amount of data from a run); and 3) sample preparation. Reducing sample preparation costs is commonly addressed, but start-up and buy-in costs are rarely addressed. We present dual-indexing systems to address all three of these issues. By breaking the library construction process into universal, re-usable, combinatorial components, we reduce all costs, while increasing the number of samples and the variety of library types that can be combined within runs. We accomplish this by extending the Illumina TruSeq dual-indexing approach to 768 (384 + 384) indexed primers that produce 384 unique dual-indexes or 147,456 (384 × 384) unique combinations. We maintain eight nucleotide indexes, with many that are compatible with Illumina index sequences. We synthesized these indexing primers, purifying them with only standard desalting and placing small aliquots in replicate plates. In qPCR validation tests, 206 of 208 primers tested passed (99% success). We then created hundreds of libraries in various scenarios. Our approach reduces start-up and per-sample costs by requiring only one universal adapter that works with indexed PCR primers to uniquely identify samples. Our approach reduces buy-in costs because: 1) relatively few oligonucleotides are needed to produce a large number of indexed libraries; and 2) the large number of possible primers allows researchers to use unique primer sets for different projects, which facilitates pooling of samples during sequencing. Our libraries make use of standard Illumina sequencing primers and index sequence length and are demultiplexed with standard Illumina software, thereby minimizing customization headaches. In subsequent Adapterama papers, we use these same primers with different adapter stubs to construct amplicon and restriction-site associated DNA libraries, but their use can be expanded to any type of library sequenced on Illumina platforms.

Abstract Penstemon is the most speciose flowering plant genus endemic to North America. Penstemon species’ diverse morphology and adaptation to various environments have made them a valuable model system for studying evolution, but the absence of publicly available reference genomes limits possible research directions. Here we report the first reference genome assembly and annotation for Penstemon davidsonii . Using PacBio long-read sequencing and Hi-C scaffolding technology, we constructed a de novo reference genome of 437,568,744 bases, with a contig N50 of 40 Mb and L50 of 5. The annotation includes 18,199 gene models, and both the genome and transcriptome assembly contain over 95% complete eudicot BUSCOs. This genome assembly will serve as a valuable reference for studying the evolutionary history and genetic diversity of the Penstemon genus.

Gossypium barbadense L. (Egyptian and Pima) produces single celled fiber trichomes that are the longest and richest in cellulosic contents in the plant kingdom. Developmental dissection of fiber at the transcriptional level is crucial to unveiling the genetic mechanisms underpinning fiber morphogenesis. We profiled the transcriptome of developing Pima fibers, as well as genes associated with consensus fiber quality QTLs, at seven developmental time points covering both primary (PCW) and secondary (SCW) cell wall stages. A total of 2,934 genes were differentially expressed at only one (45.19%) or at multiple (54.81%) developmental time points. Based on the coincidence between gene expression dynamics and the time frame of fiber developmental stages, five stage-specific expression profiles were identified. As a link between fiber QTLs and gene expression, 5 potential developmentally regulated QTLs (drQTLs) corresponding to different fiber developmental stages were identified. Genes in the ubiquitin proteolytic pathway, particularly QTL associated genes, appeared to be involved in regulating the transition stage between PCW and SCW; a stage that is crucial to both fiber length and strength in the extra-long staple cotton genotypes. In this respect, Yeast-two-hybrids identified interactions between UBC9 and genes involved in cell and organ elongation, polar cell expansion, microtubule cytoskeleton dynamics and organization, and basic amino acids transportation during the SCW/SCW transition. Altogether, these results were deployed in a proposed model linking fiber developmental stages with the Pima fiber traits.

Abstract Sarracenia provide an optimal system for deciphering the host-microbiome interactions at various levels. We analyzed the pitcher microbiomes and metatranscriptomes of the parental species, and F1 and F2 generations from the mapping population ( Sarracenia purpurea X Sarracenia psittacina ) utilizing high-throughput sequencing methods. This study aimed to examine the host influences on the microbiome structure and function and to identify the key microbiome traits. Our quality datasets included 8,892,553 full-length bacterial 16s rRNA gene sequences and 65,578 assembled metatranscripts with microbial protein annotations. The correlation network of the bacterial microbiome revealed the presence of 3-7 distinct community clusters, with 8 hub and 19 connector genera. The entire microbiome consisted of viruses, bacterial, archaea, and fungi. The richness and diversity of the microbiome varied among the parental species and offspring genotypes despite being under the same greenhouse environmental conditions. We have discovered certain microbial taxa that are genotype-enriched, including the community hub and connector genera. Nevertheless, there were no significant differences observed in the functional enrichment analysis of the metatranscriptomes across the different genotypes, suggesting a functional convergence of the microbiome. Our results revealed that the pitcher microcosm harbors both rhizosphere and phyllosphere microbiomes within its boundaries, resulting in a structurally diverse and functionally complex microbiome community. A total of 50,424 microbial metatranscripts were linked to plant growth-promoting microbial proteins. We show that this complex pitcher microbiome possesses various functions that contribute to plant growth promotion, such as biofertilization, bioremediation, phytohormone signaling, stress regulation, and immune response stimulation. Additionally, the pitcher microbiome exhibits traits related to microbe-microbe interactions, such as colonization of plant systems, biofilm formation, and microbial competitive exclusion. In summary, the demonstrated taxonomical divergence and functionally convergence of the pitcher microbiome are impacted by the host genetics, making it an excellent system for discovering novel beneficial microbiome traits.

Creating gapless telomere-to-telomere assemblies of complex genomes is one of the ultimate challenges in genomics. We used long read technologies and an optical map based approach to produce a maize genome assembly composed of only 63 contigs. The B73-Ab10 genome includes gapless assemblies of chromosome 3 (236 Mb) and chromosome 9 (162 Mb), multiple highly repetitive centromeres and heterochromatic knobs, and 53 Mb of the Ab10 meiotic drive haplotype.

To understand the variation in genomic patterning of DNA methylation we compared methylomes of 34 diverse angiosperm species. By analyzing whole-genome bisulfite sequencing data in a phylogenetic context it becomes clear that there is extensive variation throughout angiosperms in gene body DNA methylation, euchromatic silencing of transposons and repeats, as well as silencing of heterochromatic transposons. The Brassicaceae have reduced CHG methylation levels and also reduced or loss of CG gene body methylation. The Poaceae are characterized by a lack or reduction of heterochromatic CHH methylation and enrichment of CHH methylation in genic regions. Reduced CHH methylation levels are found in clonally propagated species, suggesting that these methods of propagation may alter the epigenomic landscape over time. These results show that DNA methylation patterns are broadly a reflection of the evolutionary and life histories of plant species.