We have determined the complete genome sequences of a host-promiscuous Salmonella enterica serovar Enteritidis PT4 isolate P125109 and a chicken-restricted Salmonella enterica serovar Gallinarum isolate 287/91. Genome comparisons between these and other Salmonella isolates indicate that S . Gallinarum 287/91 is a recently evolved descendent of S. Enteritidis. Significantly, the genome of S . Gallinarum has undergone extensive degradation through deletion and pseudogene formation. Comparison of the pseudogenes in S . Gallinarum with those identified previously in other host-adapted bacteria reveals the loss of many common functional traits and provides insights into possible mechanisms of host and tissue adaptation. We propose that experimental analysis in chickens and mice of S . Enteritidis–harboring mutations in functional homologs of the pseudogenes present in S. Gallinarum could provide an experimentally tractable route toward unraveling the genetic basis of host adaptation in S. enterica .

Abstract Background Viruses are the most abundant biological entities on Earth, known to be crucial components of microbial ecosystems. However, there is little information on the viral community within agricultural waste. There are currently ~ 2.7 million dairy cattle in the UK producing 7–8% of their own bodyweight in manure daily, and 28 million tonnes annually. To avoid pollution of UK freshwaters, manure must be stored and spread in accordance with guidelines set by DEFRA. Manures are used as fertiliser, and widely spread over crop fields, yet little is known about their microbial composition. We analysed the virome of agricultural slurry over a 5-month period using short and long-read sequencing. Results Hybrid sequencing uncovered more high-quality viral genomes than long or short-reads alone; yielding 7682 vOTUs, 174 of which were complete viral genomes. The slurry virome was highly diverse and dominated by lytic bacteriophage, the majority of which represent novel genera (~ 98%). Despite constant influx and efflux of slurry, the composition and diversity of the slurry virome was extremely stable over time, with 55% of vOTUs detected in all samples over a 5-month period. Functional annotation revealed a diverse and abundant range of auxiliary metabolic genes and novel features present in the community, including the agriculturally relevant virulence factor VapE, which was widely distributed across different phage genera that were predicted to infect several hosts. Furthermore, we identified an abundance of phage-encoded diversity-generating retroelements, which were previously thought to be rare on lytic viral genomes. Additionally, we identified a group of crAssphages, including lineages that were previously thought only to be found in the human gut. Conclusions The cattle slurry virome is complex, diverse and dominated by novel genera, many of which are not recovered using long or short-reads alone. Phages were found to encode a wide range of AMGs that are not constrained to particular groups or predicted hosts, including virulence determinants and putative ARGs. The application of agricultural slurry to land may therefore be a driver of bacterial virulence and antimicrobial resistance in the environment.

Background: With advances in sequencing technology and decreasing costs, the number of phage genomes that have been sequenced has increased markedly in the past decade. Materials and Methods: We developed an automated retrieval and analysis system for phage genomes (https://github.com/RyanCook94/inphared) to produce the INfrastructure for a PHAge REference Database (INPHARED) of phage genomes and associated metadata. Results: As of January 2021, 14,244 complete phage genomes have been sequenced. The INPHARED data set is dominated by phages that infect a small number of bacterial genera, with 75% of phages isolated on only 30 bacterial genera. There is further bias, with significantly more lytic phage genomes (∼70%) than temperate (∼30%) within our database. Collectively, this results in ∼54% of temperate phage genomes originating from just three host genera. With much debate on the carriage of antibiotic resistance genes and their potential safety in phage therapy, we searched for putative antibiotic resistance genes. Frequency of antibiotic resistance gene carriage was found to be higher in temperate phages than in lytic phages and again varied with host. Conclusions: Given the bias of currently sequenced phage genomes, we suggest to fully understand phage diversity, efforts should be made to isolate and sequence a larger number of phages, in particular temperate phages, from a greater diversity of hosts.

Abstract Background With advances in sequencing technology and decreasing costs, the number of bacteriophage genomes that have been sequenced has increased markedly in the last decade. Materials and Methods We developed an automated retrieval and analysis system for bacteriophage genomes, INPHARED ( https://github.com/RyanCook94/inphared ), that provides data in a consistent format. Results As of January 2021, 14,244 complete phage genomes have been sequenced. The data set is dominated by phages that infect a small number of bacterial genera, with 75% of phages isolated only on 30 bacterial genera. There is further bias with significantly more lytic phage genomes than temperate within the database, resulting in ~54% of temperate phage genomes originating from just three host genera. Within phage genomes, putative antibiotic resistance genes were found in higher frequencies in temperate phages than lytic phages. Conclusion We provide a mechanism to reproducibly extract complete phage genomes and highlight some of the biases within this data, that underpins our current understanding of phage genomes.

Abstract Background Viruses are the most abundant biological entities on Earth, known to be crucial components of microbial ecosystems. However, there is little information on the viral community within agricultural waste. There are currently ~ 2.7 million dairy cattle in the UK producing 7-8% of their own bodyweight in manure daily, and 28 million tonnes annually. To avoid pollution of UK freshwaters, manure must be stored and spread in accordance with guidelines set by DEFRA. Manures are used as fertiliser, and widely spread over crop fields, yet little is known about their microbial composition. We analysed the virome of agricultural slurry over a five-month period using short and long-read sequencing. Results Hybrid sequencing uncovered more high-quality viral genomes than long or short-reads alone; yielding 7,682 vOTUs, 174 of which were complete viral genomes. The slurry virome was highly diverse and dominated by lytic bacteriophage, the majority of which represent novel genera ( ~ 98%). Despite constant influx and efflux of slurry, the composition and diversity of the slurry virome was extremely stable over time, with 55% of vOTUs detected in all samples over a five-month period. Functional annotation revealed a diverse and abundant range of auxiliary metabolic genes and novel features present in the community. Including the agriculturally relevant virulence factor VapE, which was widely distributed across different phage genera that were predicted to infect several hosts. Furthermore, we identified an abundance of phage-encoded diversity-generating retroelements, which were previously thought to be rare on lytic viral genomes. Additionally, we identified a group of crAssphages, including lineages that were previously thought only to be found in the human gut. Conclusions The cattle slurry virome is complex, diverse and dominated by novel genera, many of which are not recovered using long or short-reads alone. Phages were found to encode a wide range of AMGs that are not constrained to particular groups or predicted hosts, including virulence determinants and putative ARGs. The application of agricultural slurry to land may therefore be a driver of bacterial virulence and antimicrobial resistance in the environment.

Abstract Waste from dairy production is one of the world’s largest sources of contamination from antimicrobial resistant bacteria (ARB) and genes (ARGs). However, studies to date do not provide necessary evidence to inform antimicrobial resistance (AMR) countermeasures. We undertook a detailed, interdisciplinary, longitudinal analysis of dairy slurry waste. The slurry contained a population of ARB and ARGs, with resistances to current, historical and never-used on-farm antibiotics; resistances were associated with Gram-negative and Gram-positive bacteria and mobile elements (IS Ecp1 , Tn 916 , Tn 21 -family transposons). Modelling and experimental work suggested that these populations are in dynamic equilibrium, with microbial death balanced by fresh input. Consequently, storing slurry without further waste input for at least 60 days was predicted to reduce ARB spread onto land, with >99% reduction in cephalosporin resistant Escherichia coli . The model also indicated that for farms with low antibiotic use, further reductions are unlikely to reduce AMR further. We conclude that the slurry tank is a critical point for prevalence and control of AMR, and that measures to limit the spread of AMR from dairy waste should combine responsible antibiotic use, including low total quantity, avoidance of human critical antibiotics, and choosing antibiotics with shorter half-lives, coupled with appropriate slurry storage.

Abstract Megaphages – bacteriophages harbouring extremely large genomes – have recently been found to be ubiquitous, being described from a variety of microbiomes ranging from the animal gut to soil and freshwater systems. However, no complete marine megaphage has been identified to date. Here, using both short and long read sequencing, we assembled >900 high-quality draft viral genomes from water in the English Channel. One of these genomes included a novel megaphage, Mar_Mega_1 at >650 Kb, making it one of the largest phage genomes assembled to date. Utilising phylogenetic and network approaches, we found this phage represents a new family of bacteriophages. Genomic analysis showed Mar_Mega_1 shares relatively few homologues with its closest relatives, but, as with other mega-phages Mar_Mega_1 contained a variety of auxiliary metabolic genes responsible for carbon metabolism and nucleotide biosynthesis, including isocitrate dehydrogenase [NADP] and nicotinamide-nucleotide amidohydrolase [PncC] which have not previously been identified in megaphages. The results of this study indicate that phages containing extremely large genomes can be found in abundance in the marine environment and augment host metabolism by mechanisms not previously described.

Abstract Preemergence herbicides (PRE) have become integral for weed control in cotton ( Gossypium hirsutum L.), especially with the prevalence of glyphosate‐resistant Palmer amaranth ( Amaranthus palmeri S. Wats.). However, PRE herbicides have the potential to injure cotton seedlings. Previous research has shown that a larger seed size can compensate for early season stresses which could mitigate potential PRE herbicide injury. In this study, we evaluated growth and yield of two cotton varieties with different seed sizes (large and small) in response to three PRE herbicides alone and in combination. Percent visual injury, biomass, plant heights, stand counts, lint yield, and fiber quality were obtained to make comparisons between seed sizes and PRE treatments. In both years, the large‐seeded variety had a higher biomass at 3‐leaf stage. However, both varieties had “grown out” of the herbicide injury at 42 days after planting and the early season vigor of the larger seed did not result in higher lint yield. The small‐seeded variety had greater yield in both years of the study. This may be due to the genetics or yield potential of the small‐seeded variety, or bolls containing smaller seeds typically have a greater number of seeds with more opportunity for lint production. Cotton treated with diuron had the most visual injury and decreased biomass. The results from this study will allow growers to make more informed decisions with regards to seed size, vigor, and PRE herbicide choices. If crop injury is likely, a larger seeded cotton variety may mitigate potential early season injury; however, seed size did not have an impact on final lint yield.

Abstract Cotton ( Gossypium hirsutum L.) is one of the top economic crops in South Carolina, and growers make many important decisions prior to planting each year including variety selection, planting date, seed size, and seeding rate. As input costs continue to rise, greater detailed information is needed so that growers can make better informed decisions for their individual operations. The objectives of this study were to evaluate the influence of seed size, seeding rate, and planting date on the growth, development, lint yield, and fiber quality for cotton grown in South Carolina. Two seed sizes large (≤9460 seed kg −1 ) and small (≥12,100 seed kg −1 ) were planted at four seeding rates (61,775; 86,485; 111,195; and 135,905 seeds ha −1 ) on two different planting dates (early [late April/early May] and late [late May/early June]) in 2020, 2021, and 2022 in Florence and in 2020 and 2021 in Blackville, SC. Data collection included stand counts, biomass at multiple growth stages, plant height, lint yield, fiber quality, and overall net returns. Results showed no difference in lint yield for any of the factors in either location in 2020; however, the small‐seeded variety lint yield was 20% more than the large‐seeded variety in Florence in 2021 and 2022 and 5% higher in Blackville in 2021. In Florence, seeding rates over 100,000 seed ha −1 resulted in higher lint yield than the lower two seeding rates. In both locations, delaying planting until after May 22 increased lint yield by approximately 15% in 2021 and 2022. The large‐seeded variety consistently had greater dry biomass (12%–52% greater) than the small‐seeded variety, indicating that it produced larger, more vigorous seedlings. While seed size may not be a reliable predictor of lint yield, it has proven to be an accurate predictor of seedling vigor. Therefore, it may be beneficial to plant a high‐yielding, larger seed size variety when unfavorable planting conditions are expected.