We report the draft genome of the black cottonwood tree, Populus trichocarpa . Integration of shotgun sequence assembly with genetic mapping enabled chromosome-scale reconstruction of the genome. More than 45,000 putative protein-coding genes were identified. Analysis of the assembled genome revealed a whole-genome duplication event; about 8000 pairs of duplicated genes from that event survived in the Populus genome. A second, older duplication event is indistinguishably coincident with the divergence of the Populus and Arabidopsis lineages. Nucleotide substitution, tandem gene duplication, and gross chromosomal rearrangement appear to proceed substantially more slowly in Populus than in Arabidopsis. Populus has more protein-coding genes than Arabidopsis , ranging on average from 1.4 to 1.6 putative Populus homologs for each Arabidopsis gene. However, the relative frequency of protein domains in the two genomes is similar. Overrepresented exceptions in Populus include genes associated with lignocellulosic wall biosynthesis, meristem development, disease resistance, and metabolite transport.

Conifers have dominated forests for more than 200 million years and are of huge ecological and economic importance. Here we present the draft assembly of the 20-gigabase genome of Norway spruce (Picea abies), the first available for any gymnosperm. The number of well-supported genes (28,354) is similar to the >100 times smaller genome of Arabidopsis thaliana, and there is no evidence of a recent whole-genome duplication in the gymnosperm lineage. Instead, the large genome size seems to result from the slow and steady accumulation of a diverse set of long-terminal repeat transposable elements, possibly owing to the lack of an efficient elimination mechanism. Comparative sequencing of Pinus sylvestris, Abies sibirica, Juniperus communis, Taxus baccata and Gnetum gnemon reveals that the transposable element diversity is shared among extant conifers. Expression of 24-nucleotide small RNAs, previously implicated in transposable element silencing, is tissue-specific and much lower than in other plants. We further identify numerous long (>10,000 base pairs) introns, gene-like fragments, uncharacterized long non-coding RNAs and short RNAs. This opens up new genomic avenues for conifer forestry and breeding. The draft genome of the Norway spruce (P. abies) is presented; this is the first gymnosperm genome to be sequenced and reveals a large genome size (20 Gb) resulting from the accumulation of transposable elements, and comparative sequencing of five other gymnosperm genomes provides insights into conifer genome evolution. The first draft gymnosperm genome, that of a Norway spruce (Picea abies), is published this week by the Spruce Genome Project consortium. The genome is from a tree originally collected in 1959 in eastern Jämtland, central Sweden. At 20 gigabases, the genome is more than a hundred times larger than that of the model plant species Arabidopsis, but the two contain a similar number of genes. The large genome size is the result of an accumulation of transposable elements. Comparative sequencing of five further gymnosperm genomes suggests that transposable element diversity is shared among extant conifers. The sequence data are available for public access from the ConGenIE website ( http://congenie.org/ ).

Forest trees display a perennial growth behavior characterized by a multiple-year delay in flowering and, in temperate regions, an annual cycling between growth and dormancy. We show here that the CO/FT regulatory module, which controls flowering time in response to variations in daylength in annual plants, controls flowering in aspen trees. Unexpectedly, however, it also controls the short-day–induced growth cessation and bud set occurring in the fall. This regulatory mechanism can explain the ecogenetic variation in a highly adaptive trait: the critical daylength for growth cessation displayed by aspen trees sampled across a latitudinal gradient spanning northern Europe.

The Lhc super-gene family encodes the light-harvesting chlorophyll a/b-binding (LHC) proteins that constitute the antenna system of the photosynthetic apparatus, and also includes some relatives whose functions are more or less unknown. The Lhc super-gene family of Arabidopsis contains >30 members and the databases contain >1000 EST clones originating from these genes. This article presents an overview of these genes and provides some tools for researchers who want to use them in their studies.

We used Arabidopsis thaliana mutants to examine how a photosynthetic regulatory process, the qE-type or ΔpH-dependent nonphotochemical quenching, hereafter named feedback de-excitation, influences plant fitness in different light environments. We show that the feedback de-excitation is important for plant fitness in the field and in fluctuating light in a controlled environment but that it does not affect plant performance under constant light conditions. Our findings demonstrate that the feedback de-excitation confers a strong fitness advantage under field conditions and suggest that this advantage is due to the increase in plant tolerance to variation in light intensity rather than tolerance to high-intensity light itself.

In nature, plants are challenged by constantly changing light conditions. To reveal the molecular mechanisms behind acclimation to sometimes drastic and frequent changes in light intensity, we grew Arabidopsis thaliana under fluctuating light conditions, in which the low light periods were repeatedly interrupted with high light peaks. Such conditions had only marginal effect on photosystem II but induced damage to photosystem I (PSI), the damage being most severe during the early developmental stages. We showed that PROTON GRADIENT REGULATION5 (PGR5)–dependent regulation of electron transfer and proton motive force is crucial for protection of PSI against photodamage, which occurred particularly during the high light phases of fluctuating light cycles. Contrary to PGR5, the NAD(P)H dehydrogenase complex, which mediates cyclic electron flow around PSI, did not contribute to acclimation of the photosynthetic apparatus, particularly PSI, to rapidly changing light intensities. Likewise, the Arabidopsis pgr5 mutant exhibited a significantly higher mortality rate compared with the wild type under outdoor field conditions. This shows not only that regulation of PSI under natural growth conditions is crucial but also the importance of PGR5 in PSI protection.

Abstract We have studied autumn leaf senescence in a free-growing aspen (Populus tremula) by following changes in pigment, metabolite and nutrient content, photosynthesis, and cell and organelle integrity. The senescence process started on September 11, 2003, apparently initiated solely by the photoperiod, and progressed steadily without any obvious influence of other environmental signals. For example, after this date, senescing leaves accumulated anthocyanins in response to conditions inducing photooxidative stress, but at the beginning of September the leaves did not. Degradation of leaf constituents took place over an 18-d period, and, although the cells in each leaf did not all senesce in parallel, senescence in the tree as a whole was synchronous. Lutein and β-carotene were degraded in parallel with chlorophyll, whereas neoxanthin and the xanthophyll cycle pigments were retained longer. Chloroplasts in each cell were rapidly converted to gerontoplasts and many, although not all, cells died. From September 19, when chlorophyll levels had dropped by 50%, mitochondrial respiration provided the energy for nutrient remobilization. Remobilization seemed to stop on September 29, probably due to the cessation of phloem transport, but, up to abscission of the last leaves (over 1 week later), some cells were metabolically active and had chlorophyll-containing gerontoplasts. About 80% of the nitrogen and phosphorus was remobilized, and on September 29 a sudden change occurred in the δ15n of the cellular content, indicating that volatile compounds may have been released.

Eleven Norway spruce Picea abies (L.) Karst. forests in the boreal zone of Sweden were studied to investigate the effects of selective cuttings on wood-inhabiting fungi from the families Polyporaceae, Hymenochaetaceae and Corticiaceae (Basidiomycota). The 11 sites constitute a gradient from extensively logged to semi-natural forests. Old selective loggings that occurred about 100 years ago have significantly decreased the availability of large and highly decayed logs. Based on fruit bodies, both the total species number as well as the number of threatened species decreased with increasing degree of cutting. Some of the occurring wood-inhabiting fungi are commonly accepted as indicator species of forests with old-growth conditions. These species showed pronounced preferences for well decayed and large logs. They were also more frequent in the less affected sites and became rarer with increasing degree of cutting; they therefore seem to be good indicators of forests less affected by logging.