Drought stress is a major obstacle to crop productivity, and the severity and frequency of drought are expected to increase in the coming century. Certain root-associated bacteria have been shown to mitigate the negative effects of drought stress on plant growth, and manipulation of the crop microbiome is an emerging strategy for overcoming drought stress in agricultural systems, yet the effect of drought on the development of the root microbiome is poorly understood. Through 16S rRNA amplicon and metatranscriptome sequencing, as well as root metabolomics, we demonstrate that drought delays the development of the early sorghum root microbiome and causes increased abundance and activity of monoderm bacteria, which lack an outer cell membrane and contain thick cell walls. Our data suggest that altered plant metabolism and increased activity of bacterial ATP-binding cassette (ABC) transporter genes are correlated with these shifts in community composition. Finally, inoculation experiments with monoderm isolates indicate that increased colonization of the root during drought can positively impact plant growth. Collectively, these results demonstrate the role that drought plays in restructuring the root microbiome and highlight the importance of temporal sampling when studying plant-associated microbiomes.

Abstract Community assembly of crop-associated fungi is thought to be strongly influenced by deterministic selection exerted by the plant host, rather than stochastic processes. Here we use a simple, sorghum system with abundant sampling to show that stochastic forces (drift or stochastic dispersal) act on fungal community assembly in leaves and roots early in host development and when sorghum is drought stressed, conditions when mycobiomes are small. Unexpectedly, we find no signal for stochasticity when drought stress is relieved, likely due to renewed selection by the host. In our experimental system, the host compartment exerts the strongest effects on mycobiome assembly, followed by the timing of plant development and lastly by plant genotype. Using a dissimilarity-overlap approach, we find a universality in the forces of community assembly of the mycobiomes of the different sorghum compartments and in functional guilds of fungi.

The challenge of allelic diversity for assembling haplotypes is exemplified in polyploid genomes containing homoeologous chromosomes of identical ancestry, and significant homologous variation within their ancestral subgenomes. Cultivated strawberry ( Fragaria × ananassa ) and its wild progenitors are outbred octoploids (2n = 8x = 56) in which up to eight homologous and homoeologous alleles are preserved. This introduces significant risk of haplotype collapse, switching, and chimeric fusions during assembly. Using third generation HiFi sequences from PacBio, we assembled the genome of the day-neutral octoploid F. × ananassa hybrid ‘Royal Royce’ from the University of California. Our goal was to produce subgenome-and haplotype-resolved assemblies of all 56 chromosomes, accurately reconstructing the parental haploid chromosome complements. Previous work has demonstrated that partitioning sequences by parental phase supports direct assembly of haplotypes in heterozygous diploid species. We leveraged the accuracy of HiFi sequence data with pedigree-informed sequencing to partition long read sequences by phase, and reduce the downstream risk of subgenomic chimeras during assembly. We were able to utilize an octoploid strawberry recombination breakpoint map containing 3.6 M variants to identify and break chimeric junctions, and perform scaffolding of the phase-1 and phase-2 octoploid assemblies. The N50 contiguity of the phase-1 and phase-2 assemblies prior to scaffolding and gap-filling was 11 Mb. The final haploid assembly represented seven of 28 chromosomes in a single contiguous sequence, and averaged fewer than three gaps per pseudomolecule. Additionally, we re-annotated the octoploid genome to produce a custom F. × ananassa repeat library and improved set of gene models based on IsoSeq transcript data and an expansive RNA-seq expression atlas. Here we present ‘FaRR1’, a gold-standard reference genome of F. × ananassa cultivar ‘Royal Royce’ to assist future genomic research and molecular breeding of allo-octoploid strawberry.

Abstract Wildtype fruit of cultivated strawberry (Fragaria × ananassa) are typically soft and highly perishable when fully ripe. The development of firm-fruited cultivars by phenotypic selection has greatly increased shelf life, decreased post-harvest perishability, and driven the expansion of strawberry production worldwide. Hypotheses for the firm-fruited phenotype include mutations affecting the expression of genes encoding polygalacturonases that soften fruit by degrading cell wall pectins. Here we show that loss-of-function mutations in the fruit softening gene POLYGALACTURONASE1 (FaPG1; PG1-6A1) double fruit firmness in strawberry. PG1-6A1 was one of three tandemly duplicated polygalacturonase genes found to be in linkage disequilibrium with a quantitative trait locus affecting fruit firmness on chromosome 6A. PG1-6A1 was strongly expressed in soft-fruited (wildtype) homozygotes and weakly expressed in firm-fruited (mutant) homozygotes. Genome-wide association, quantitative trait transcript, DNA sequence, and expression-QTL analyses identified genetic variants in linkage disequilibrium with PG1-6A1 that were positively correlated with fruit firmness and negatively correlated with PG1-6A1 expression. An Enhancer/Suppressor-mutator (En/Spm) transposable element insertion was discovered upstream of PG1-6A1 in mutant homozygotes that we hypothesize transcriptionally downegulates the expression of PG1-6A1. The PG1-6A1 locus was incompletely dominant and explained 26-76% of the genetic variance for fruit firmness among phenotypically diverse individuals. Additional loci are hypothesized to underlie the missing heritability. Highly accurate codominant genotyping assays were developed for modifying fruit firmness by marker-assisted selection of the En/Spm insertion and SNPs associated with the PG1-6A1 locus.