Journal Article Binary Agrobacterium vectors for plant transformation Get access Michael Bevan Michael Bevan Plant Breeding InstituteMaris Lane, Trumpington, Cambridge CB2 2LQ, UK Search for other works by this author on: Oxford Academic PubMed Google Scholar Nucleic Acids Research, Volume 12, Issue 22, 26 November 1984, Pages 8711–8721, https://doi.org/10.1093/nar/12.22.8711 Published: 26 November 1984 Article history Received: 24 July 1984 Revision received: 25 October 1984 Accepted: 25 October 1984 Published: 26 November 1984

Three subfamilies of grasses, the Ehrhartoideae, Panicoideae and Pooideae, provide the bulk of human nutrition and are poised to become major sources of renewable energy. Here we describe the genome sequence of the wild grass Brachypodium distachyon (Brachypodium), which is, to our knowledge, the first member of the Pooideae subfamily to be sequenced. Comparison of the Brachypodium, rice and sorghum genomes shows a precise history of genome evolution across a broad diversity of the grasses, and establishes a template for analysis of the large genomes of economically important pooid grasses such as wheat. The high-quality genome sequence, coupled with ease of cultivation and transformation, small size and rapid life cycle, will help Brachypodium reach its potential as an important model system for developing new energy and food crops.

Bread wheat (Triticum aestivum) is a globally important crop, accounting for 20 per cent of the calories consumed by humans. Major efforts are underway worldwide to increase wheat production by extending genetic diversity and analysing key traits, and genomic resources can accelerate progress. But so far the very large size and polyploid complexity of the bread wheat genome have been substantial barriers to genome analysis. Here we report the sequencing of its large, 17-gigabase-pair, hexaploid genome using 454 pyrosequencing, and comparison of this with the sequences of diploid ancestral and progenitor genomes. We identified between 94,000 and 96,000 genes, and assigned two-thirds to the three component genomes (A, B and D) of hexaploid wheat. High-resolution synteny maps identified many small disruptions to conserved gene order. We show that the hexaploid genome is highly dynamic, with significant loss of gene family members on polyploidization and domestication, and an abundance of gene fragments. Several classes of genes involved in energy harvesting, metabolism and growth are among expanded gene families that could be associated with crop productivity. Our analyses, coupled with the identification of extensive genetic variation, provide a resource for accelerating gene discovery and improving this major crop. Sequencing of the hexaploid bread wheat genome shows that it is highly dynamic, with significant loss of gene family members on polyploidization and domestication, and an abundance of gene fragments. Two groups in this issue report the compilation and analysis of the genome sequences of major cereal crops — bread wheat and barley — providing important resources for future crop improvement. Bread wheat accounts for one-fifth of the calories consumed by humankind. It has a very large and complex hexaploid genome of 17 Gigabases. Michael Bevan and colleagues have analysed the genome using 454 pyrosequencing and compared it with diploid ancestral and progenitor genomes. The authors discovered significant loss of gene family members upon polyploidization and domestication, and expansion of gene classes that may be associated with crop productivity. Barley is one of the earliest domesticated plant crops. Although diploid, it has a very large genome of 5.1 Gigabases. Nils Stein and colleagues describe a physical map anchored to a high-resolution genetic map, on top of which they have overlaid a deep whole-genome shotgun assembly, cDNA and RNA-seq data to provide the first in-depth genome-wide survey of the barley genome.

Abstract Advances in genomics have expedited the improvement of several agriculturally important crops but similar efforts in wheat ( Triticum spp.) have been more challenging. This is largely owing to the size and complexity of the wheat genome 1 , and the lack of genome-assembly data for multiple wheat lines 2,3 . Here we generated ten chromosome pseudomolecule and five scaffold assemblies of hexaploid wheat to explore the genomic diversity among wheat lines from global breeding programs. Comparative analysis revealed extensive structural rearrangements, introgressions from wild relatives and differences in gene content resulting from complex breeding histories aimed at improving adaptation to diverse environments, grain yield and quality, and resistance to stresses 4,5 . We provide examples outlining the utility of these genomes, including a detailed multi-genome-derived nucleotide-binding leucine-rich repeat protein repertoire involved in disease resistance and the characterization of Sm1 6 , a gene associated with insect resistance. These genome assemblies will provide a basis for functional gene discovery and breeding to deliver the next generation of modern wheat cultivars.

Summary Transcription factors containing a conserved DNA‐binding domain similar to that of the proto‐oncogene c‐myb have been identified in nearly all eukaryotes. MYB‐related proteins from plants generally contain two related helix‐turn‐helix motifs, the R2 and R3 repeats. It was estimated that Arabidopsis thaliana contains more than 100 R2R3‐MYB genes. The few cases where functional data are available suggest an important role of these genes in the regulation of secondary metabolism, the control of cell shape, disease resistance, and hormone responses. To determine the full regulatory potential of this large family of regulatory genes, a systematic search for the function of all genes of this family was initiated . Sequence data for more than 90 different A. thaliana R2R3‐MYB genes have been obtained. Sequence comparison revealed conserved amino acid motifs shared by subgroups of R2R3‐MYB genes in addition to the characteristic DNA‐binding domain. No significant clustering of the genes was detected, although they are not uniformly distributed throughout the A. thaliana genome. R2R3‐MYB gene expression levels were determined under more than 20 different growth conditions including hormone treatment, infection with pathogens and various stress conditions. MYB genes are specifically expressed in different tissues and physiological conditions, indicating the potential for involvement in various regulatory processes. The sequence and expression data together with the map positions of nearly all MYB genes in A. thaliana provide a substantial basis for further studies of this important group of transcription factors.

A combination of advanced sequencing and mapping techniques is used to produce a reference genome of Aegilops tauschii, progenitor of the wheat D genome, providing a valuable resource for comparative genetic studies. Sequencing the genomes of crops plants provides useful resources for crop improvement and breeding. Jan Dvořák, Katrien Devos, Steven Salzberg and colleagues report a reference genome for Aegilops tauschii, the diploid progenitor of the D genome of hexaploid wheat. They use a combination of ordered-clone genome sequencing, whole-genome shotgun sequencing and BioNano optical genome mapping to assemble this large and highly repetitive genome. This provides a useful resource for comparative genomics studies of wheat. Aegilops tauschii is the diploid progenitor of the D genome of hexaploid wheat1 (Triticum aestivum, genomes AABBDD) and an important genetic resource for wheat2,3,4. The large size and highly repetitive nature of the Ae. tauschii genome has until now precluded the development of a reference-quality genome sequence5. Here we use an array of advanced technologies, including ordered-clone genome sequencing, whole-genome shotgun sequencing, and BioNano optical genome mapping, to generate a reference-quality genome sequence for Ae. tauschii ssp. strangulata accession AL8/78, which is closely related to the wheat D genome. We show that compared to other sequenced plant genomes, including a much larger conifer genome, the Ae. tauschii genome contains unprecedented amounts of very similar repeated sequences. Our genome comparisons reveal that the Ae. tauschii genome has a greater number of dispersed duplicated genes than other sequenced genomes and its chromosomes have been structurally evolving an order of magnitude faster than those of other grass genomes. The decay of colinearity with other grass genomes correlates with recombination rates along chromosomes. We propose that the vast amounts of very similar repeated sequences cause frequent errors in recombination and lead to gene duplications and structural chromosome changes that drive fast genome evolution.

Summary The cell wall determines the shape of plant cells and is also the primary interface for pathogen interactions. The structure of the cell wall can be modified in response to developmental and environmental cues, for example to strengthen the wall and to create barriers to pathogen ingress. The ectopic lignin 1‐1 and 1‐2 ( eli1‐1 and eli1‐2 ) mutations lead to an aberrant deposition of lignin, a complex phenylpropanoid polymer. We show that the eli1 mutants occur in the cellulose synthase gene CESA3 in Arabidopsis thaliana and cause reduced cellulose synthesis, providing further evidence for the function of multiple CESA subunits in cellulose synthesis. We show that reduced levels of cellulose synthesis, caused by mutations in cellulose synthase genes and in genes affecting cell expansion, activate lignin synthesis and defense responses through jasmonate and ethylene and other signaling pathways. These observations suggest that mechanisms monitoring cell wall integrity can activate lignification and defense responses.

Although the size of an organism is a defining feature, little is known about the mechanisms that set the final size of organs and whole organisms. Here we describe Arabidopsis DA1 , encoding a predicted ubiquitin receptor, which sets final seed and organ size by restricting the period of cell proliferation. The mutant protein encoded by the da1-1 allele has a negative activity toward DA1 and a DA1-related (DAR) protein, and overexpression of a da1-1 cDNA dramatically increases seed and organ size of wild-type plants, identifying this small gene family as important regulators of seed and organ size in plants.