Abstract The kākāpō is a critically endangered, intensively managed, long-lived nocturnal parrot endemic to Aotearoa New Zealand. We generated and analyzed whole-genome sequence data for nearly all individuals living in early 2018 (169 individuals) to generate a high-quality species-wide genetic variant callset. We leverage extensive long-term metadata to quantify genome-wide diversity of the species over time and present new approaches using probabilistic programming, combined with a phenotype dataset spanning five decades, to disentangle phenotypic variance into environmental and genetic effects while quantifying uncertainty in small populations. We find associations for growth, disease susceptibility, clutch size, and egg fertility within genic regions previously shown to influence these traits in other species. Finally, we generate breeding values to predict phenotype and illustrate that active management over the past 45 years has maintained both genome-wide diversity and diversity in breeding values, and hence, evolutionary potential. We provide new pathways for informing future conservation management decisions for kākāpō, including prioritizing individuals for translocation and monitoring individuals with poor growth or high disease risk. Overall, by explicitly addressing the challenge of small sample size, we provide a template for the inclusion of genomic data that will be transformational for species recovery efforts around the globe.

Abstract Recent studies have identified key genes in Epichloë festucae that control the symbiotic interaction of this filamentous fungus with its grass host. Here we report on the identification of specific fungal genes that determine its ability to infect and colonize the host. Deletion of setB , which encodes a homolog of the H3K36 histone methyltransferase Set2/KMT3, specifically reduced histone H3K36 trimethylation and led to severe defects in colony growth and hyphal development. The E. festucae Δ clrD mutant, which lacks the gene encoding the homolog of the H3K9 methyltransferase KMT1, displays similar developmental defects. Both mutants are completely defective in their ability to infect the host grass, and mutational studies of key residues in the catalytic SET domains from these proteins show that these phenotypes are dependent on the methyltransferase activities of SetB and ClrD. A comparison of the differences in the host transcriptome between seedlings inoculated with wild-type versus mutants suggests that the inability of these mutants to infect the host was not due to an aberrant host defense response. Co-inoculation of either Δ setB or Δ clrD with the wild-type strain enables these mutants to colonize the host. However, successful colonization by the mutants resulted in death or stunting of the host plant. Transcriptome analysis at the early infection stage identified four fungal candidate genes, three of which encode small-secreted proteins, that are differentially regulated in these mutants compared to wild-type. Deletion of crbA , which encodes a putative carbohydrate binding protein, resulted in significantly reduced host infection rates by E. festucae . Author Summary The filamentous fungus Epichloë festucae is an endophyte that forms highly regulated symbiotic interactions with the perennial ryegrass. Proper maintenance of such interactions is known to involve several signalling pathways, but much less is understood about the infection capability of this fungus in the host. In this study, we uncovered two epigenetic marks and their respective histone methyltransferases that are required for E. festucae to infect perennial ryegrass. Null mutants of the histone H3 lysine 9 and lysine 36 methyltransferases are completely defective in colonizing the host intercellular space, and these defects are dependent on the methyltransferase activities of these enzymes. Importantly, we observed no evidence for increased host defense response to these mutants that can account for their non-infection. Rather, these infection defects can be rescued by the wild-type strain in co-inoculation experiments, suggesting that failure of the mutants to infect is due to altered expression of genes encoding infection factors that are under the control of the above epigenetic marks that can be supplied by the wild-type strain. Among genes differentially expressed in the mutants at the early infection stage is a putative small-secreted protein with a carbohydrate binding function, which deletion in E. festucae severely reduced infection efficiency.

Summary Leaf mould, caused by Fulvia fulva , is a devastating disease of tomato plants. In many commercial tomato cultivars, resistance to this disease is governed by the Cf-9 locus, which comprises five paralogous genes ( Cf-9A–9E ) that encode receptor-like proteins. Two of these proteins contribute to resistance: Cf-9C recognizes the previously identified F. fulva effector Avr9 and provides resistance during all plant growth stages, while Cf-9B recognises the yet-unidentified F. fulva effector Avr9B and provides mature plant resistance only. In recent years, F. fulva strains have emerged that have overcome the Cf-9 locus, with Cf-9C circumvented through Avr9 deletion. To understand how Cf-9B is circumvented, we set out to identify Avr9B . Comparative genomics, in planta transient expression assays and gene complementation experiments were used to identify Avr9B , while gene sequencing was used to assess Avr9B allelic variation across a worldwide strain collection. A strict correlation between Avr9 deletion and resistance-breaking mutations in Avr9B was observed in strains recently collected from Cf-9 cultivars, whereas Avr9 deletion but no mutations in Avr9B were observed in older strains. This research showcases how F. fulva has evolved to sequentially break down the two functional resistance genes of the complex Cf-9 locus and highlights that this locus now has limited value for controlling leaf mould disease in worldwide commercial tomato production.

Abstract Legionella longbeachae is an environmental bacterium that is commonly found in soil and composted plant material. In New Zealand (NZ) it is the most clinically significant Legionella species causing around two-thirds of all notified cases of Legionnaires’ disease. Here we report the sequencing and analysis of the geo-temporal genetic diversity of 54 L. longbeachae serogroup 1 (sg1) clinical isolates that were derived from cases from around NZ over a 22-year period, including one complete genome and its associated methylome. Our complete genome consisted of a 4.1 Mb chromosome and a 108 kb plasmid. The genome was highly methylated with two known epigenetic modifications, m 4 C and m 6 A, occurring in particular sequence motifs within the genome. Phylogenetic analysis demonstrated the 54 sg1 isolates belonged to two main clades that last shared a common ancestor between 108 BCE and 1608 CE. These isolates also showed diversity at the genome-structural level, with large-scale arrangements occurring in some regions of the chromosome and evidence of extensive chromosomal and plasmid recombination. This includes the presence of plasmids derived from recombination and horizontal gene transfer between various Legionella species, indicating there has been both intra-species and inter-species gene flow. However, because similar plasmids were found among isolates within each clade, plasmid recombination events may pre-empt the emergence of new L. longbeachae strains. Our high-quality reference genome and extensive genetic diversity data will serve as a platform for future work linking genetic, epigenetic and functional diversity in this globally important emerging environmental pathogen. Author Summary Legionnaires’ disease is a serious, sometimes fatal pneumonia caused by bacteria of the genus Legionella . In New Zealand, the species that causes the majority of disease is Legionella longbeachae . Although the analyses of pathogenic bacterial genomes is an important tool for unravelling evolutionary relationships and identifying genes and pathways that are associated with their disease-causing ability, until recently genomic data for L. longbeachae has been sparse. Here, we conducted a large-scale genomic analysis of 54 L. longbeachae isolates that had been obtained from people hospitalised with Legionnaires’ disease between 1993 and 2015 from 8 regions around New Zealand. Based on our genome analysis the isolates could be divided into two main groups that persisted over time and last shared a common ancestor up to 1700 years ago. Analysis of the bacterial chromosome revealed areas of high modification through the addition of methyl groups and these were associated with particular DNA sequence motifs. We also found there have been large-scale rearrangements in some regions of the chromosome, producing variability between the different L. longbeacahe strains, as well as evidence of gene-flow between the various Legionella species via the exchange of plasmid DNA.

Abstract Pecan scab, caused by Venturia effusa , is a devastating disease of pecan ( Carya illinoinensis ), which results in economic losses on susceptible cultivars throughout the southeastern U.S. To enhance our understanding of pathogenicity in V. effusa , we have generated a complete telomere-to-telomere genome reference of V. effusa isolate FRT5LL7-Albino. By combining Illumina MiSeq and Oxford Nanopore MinION data, we assembled a 45.2 Mb genome represented by 20 chromosomes and containing 10,820 genes, of which 7,619 have at least one functional annotation. The likely causative mutation of the albino phenotype was identified as a single base insertion and a resulting frameshift in the gene encoding the polyketide synthase ALM1 . This genome represents the first full chromosome level assembly of any Venturia species.

Although lipid signaling has been shown to serve crucial roles in mammals and plants, little is known about this process in filamentous fungi. Here we analyse the contribution of phospholipase D (PLD) and its product phosphatidic acid (PA) in hyphal morphogenesis and growth of Epichloë festucae and Neurospora crassa , and in the establishment of a symbiotic interaction between E. festucae and Lolium perenne . Growth of E. festucae and N. crassa PLD deletion strains in axenic culture, and for E. festucae in association with L. perenne , were analysed by light-, confocal- and electron microscopy. Changes in PA distribution were analysed in E. festucae using a PA biosensor and the impact of these changes on endocytic recycling and superoxide production investigated. We found that E. festucae PldB and the N. crassa ortholog, PLA-7, are required for polarized growth, cell fusion and ascospore development, whereas PldA/PLA-8 are dispensable for these functions. Exogenous addition of PA rescues the cell-fusion phenotype in E. festucae . PldB is also crucial for E. festucae to establish a symbiotic association with L. perenne . This study identifies a new component of the cell-cell communication and cell fusion signaling network that controls hyphal morphogenesis and growth in filamentous fungi.

Mutation is the ultimate source of all genetic variation and is, therefore, central to evolutionary change. Previous work on Paramecium tetraurelia found an unusually low germline base-substitution mutation rate in this ciliate. Here, we tested the generality of this result among ciliates using Tetrahymena thermophila. We sequenced the genomes of 10 lines of T. thermophila that had each undergone approximately 1,000 generations of mutation accumulation (MA). We developed a new probabilistic mutation detection approach that directly models the design of an MA experiment and accommodates the noise introduced by mismapped reads and also applied an existing mutation-calling pipeline. From these methods, we find that T. thermophila has a germline base-substitution mutation rate of 7.61 x 10^-12 per site, per cell division, which is consistent with the low base-substitution mutation rate in P. tetraurelia. Over the course of the evolution experiment, genomic exclusion lines derived from the MA lines experienced a fitness decline that cannot be accounted for by germline base-substitution mutations alone, suggesting that other genetic or epigenetic factors must be involved. Because selection can only operate to reduce mutation rates based upon the visible mutational load, asexual reproduction with a transcriptionally silent germline may allow ciliates to evolve extremely low germline mutation rates.

Plasmodium vivax is the most prevalent malarial species in South America and exerts a substantial burden on the populations is affects. Its control and eventual elimination are a global health priority. Genomic research contributes to this objective by improving our understanding of the biology of P. vivax and through the development of new genetic markers that can be used to monitor efforts to reduce malaria transmission. Here we analyze whole genome data from eight field samples from a region in Cord ́ oba, Colombia where malaria is endemic. We find considerable genetic diversity within this population, a result that contrasts with earlier studies suggesting that P. vivax had limited diversity in the Americas. We also identify a selective sweep around a substitution known to confer resistance to sulphadoxine-pyrimethamine (SP). This is the first observation of a selective sweep for SP resistance in this parasite. These results indicate that P. vivax has been exposed to SP pressure even when the drug is not in use as a first line treatment for patients afflicted by this parasite. We identify multiple non-synonymous substitutions in three other genes known to be involved with drug resistance in Plasmodium species. Finally, we found extensive microsatellite polymorphisms. Using this information we developed 18 microsatellite loci that are polymorphic and easy to score and can thus be used in epidemiological investigations in South America.

Motivation: Mutation accumulation (MA) is the most widely used method for directly studying the effects of mutation. Modern sequencing technologies have led to an increased interest in MA experiments. By sequencing whole genomes from MA lines, researchers can directly study the rate and molecular spectra of spontaneous mutations and use these results to understand how mu- tation contributes to biological processes. At present there is no software designed specifically for identifying mutations from MA lines. Studies that combine MA with whole genome sequencing use custom bioinformatic pipelines that implement heuristic rules to identify putative mutations. Results: Here we describe accuMUlate, a program that is designed to detect mutations from MA experiments. accuMUlate implements a probabilistic model that reflects the design of a typical MA experiments while being flexible enough to accommodate properties unique to any particular experiment. For each putative mutation identified from this model accuMUlate calculates a set of summary statistics that can be used to filter sites that may be false positives. A companion tool, denominate, can be used to apply filtering rules based on these statistics to simulated mutations and thus identify the number of callable sites per sample. Availability: Source code and releases available from https://github.com/dwinter/accuMUlate.