An ordered draft sequence of the 17-gigabase hexaploid bread wheat ( Triticum aestivum ) genome has been produced by sequencing isolated chromosome arms. We have annotated 124,201 gene loci distributed nearly evenly across the homeologous chromosomes and subgenomes. Comparative gene analysis of wheat subgenomes and extant diploid and tetraploid wheat relatives showed that high sequence similarity and structural conservation are retained, with limited gene loss, after polyploidization. However, across the genomes there was evidence of dynamic gene gain, loss, and duplication since the divergence of the wheat lineages. A high degree of transcriptional autonomy and no global dominance was found for the subgenomes. These insights into the genome biology of a polyploid crop provide a springboard for faster gene isolation, rapid genetic marker development, and precise breeding to meet the needs of increasing food demand worldwide.

The whole-genome duplication 80 million years ago of the common ancestor of salmonids (salmonid-specific fourth vertebrate whole-genome duplication, Ss4R) provides unique opportunities to learn about the evolutionary fate of a duplicated vertebrate genome in 70 extant lineages. Here we present a high-quality genome assembly for Atlantic salmon (Salmo salar), and show that large genomic reorganizations, coinciding with bursts of transposon-mediated repeat expansions, were crucial for the post-Ss4R rediploidization process. Comparisons of duplicate gene expression patterns across a wide range of tissues with orthologous genes from a pre-Ss4R outgroup unexpectedly demonstrate far more instances of neofunctionalization than subfunctionalization. Surprisingly, we find that genes that were retained as duplicates after the teleost-specific whole-genome duplication 320 million years ago were not more likely to be retained after the Ss4R, and that the duplicate retention was not influenced to a great extent by the nature of the predicted protein interactions of the gene products. Finally, we demonstrate that the Atlantic salmon assembly can serve as a reference sequence for the study of other salmonids for a range of purposes.

A survey of genetic diversity of cattle suggests two domestication events in Asia and selection by husbandry.

The genome of the Atlantic cod has been sequenced, and genomic analysis reveals an immune system that differs significantly from that in other vertebrates. The major histocompatibility complex (MHC) II has been lost, as have some other genes that are essential for MHC II function. But there is an expansion in the number of MHC I genes and a unique composition for its toll-like receptor family. These compensatory changes in both adaptive and innate immunity mean that cod is no more susceptible to disease than most other vertebrates. These findings challenge current models of vertebrate immune evolution, and may facilitate the development of targeted vaccines for disease management in aquaculture. Atlantic cod (Gadus morhua) is a large, cold-adapted teleost that sustains long-standing commercial fisheries and incipient aquaculture1,2. Here we present the genome sequence of Atlantic cod, showing evidence for complex thermal adaptations in its haemoglobin gene cluster and an unusual immune architecture compared to other sequenced vertebrates. The genome assembly was obtained exclusively by 454 sequencing of shotgun and paired-end libraries, and automated annotation identified 22,154 genes. The major histocompatibility complex (MHC) II is a conserved feature of the adaptive immune system of jawed vertebrates3,4, but we show that Atlantic cod has lost the genes for MHC II, CD4 and invariant chain (Ii) that are essential for the function of this pathway. Nevertheless, Atlantic cod is not exceptionally susceptible to disease under natural conditions5. We find a highly expanded number of MHC I genes and a unique composition of its Toll-like receptor (TLR) families. This indicates how the Atlantic cod immune system has evolved compensatory mechanisms in both adaptive and innate immunity in the absence of MHC II. These observations affect fundamental assumptions about the evolution of the adaptive immune system and its components in vertebrates.

The allohexaploid bread wheat genome consists of three closely related subgenomes (A, B, and D), but a clear understanding of their phylogenetic history has been lacking. We used genome assemblies of bread wheat and five diploid relatives to analyze genome-wide samples of gene trees, as well as to estimate evolutionary relatedness and divergence times. We show that the A and B genomes diverged from a common ancestor ~7 million years ago and that these genomes gave rise to the D genome through homoploid hybrid speciation 1 to 2 million years later. Our findings imply that the present-day bread wheat genome is a product of multiple rounds of hybrid speciation (homoploid and polyploid) and lay the foundation for a new framework for understanding the wheat genome as a multilevel phylogenetic mosaic.

Age at maturity in Atlantic salmon (Salmo salar) is governed to a substantial extent by a locus showing dominance reversal, providing a resolution for sexual conflict in this trait, for which selection favours different ages in the two sexes. Craig Primmer and colleagues use genome-wide association studies for age at maturity in Atlantic salmon to show that a single gene, VGLL3, strongly influences the variation in age at maturity, and therefore body size—a key trait in an important fished species. They find that the VGLL3 locus is an example of sex-dependent dominance, promoting earlier and later maturation in males and females, respectively. This mechanism provides a resolution for sexual conflict in this trait, for which selection favours different reproductive ages in the two sexes. Females benefit from being large (5–15 kg), and stay longer at sea feeding by maturing later, while males can have high fitness maturing at smaller sizes (1–3 kg). This discovery will have a substantial impact on population management of Atlantic salmon, where a decrease in the frequency of late maturation has been observed in many populations. Males and females share many traits that have a common genetic basis; however, selection on these traits often differs between the sexes, leading to sexual conflict1,2. Under such sexual antagonism, theory predicts the evolution of genetic architectures that resolve this sexual conflict2,3,4,5. Yet, despite intense theoretical and empirical interest, the specific loci underlying sexually antagonistic phenotypes have rarely been identified, limiting our understanding of how sexual conflict impacts genome evolution3,6 and the maintenance of genetic diversity6,7. Here we identify a large effect locus controlling age at maturity in Atlantic salmon (Salmo salar), an important fitness trait in which selection favours earlier maturation in males than females8, and show it is a clear example of sex-dependent dominance that reduces intralocus sexual conflict and maintains adaptive variation in wild populations. Using high-density single nucleotide polymorphism data across 57 wild populations and whole genome re-sequencing, we find that the vestigial-like family member 3 gene (VGLL3) exhibits sex-dependent dominance in salmon, promoting earlier and later maturation in males and females, respectively. VGLL3, an adiposity regulator associated with size and age at maturity in humans, explained 39% of phenotypic variation, an unexpectedly large proportion for what is usually considered a highly polygenic trait. Such large effects are predicted under balancing selection from either sexually antagonistic or spatially varying selection9,10. Our results provide the first empirical example of dominance reversal allowing greater optimization of phenotypes within each sex, contributing to the resolution of sexual conflict in a major and widespread evolutionary trade-off between age and size at maturity. They also provide key empirical evidence for how variation in reproductive strategies can be maintained over large geographical scales. We anticipate these findings will have a substantial impact on population management in a range of harvested species where trends towards earlier maturation have been observed.

Allohexaploid bread wheat ( Triticum aestivum L.) provides approximately 20% of calories consumed by humans. Lack of genome sequence for the three homeologous and highly similar bread wheat genomes (A, B, and D) has impeded expression analysis of the grain transcriptome. We used previously unknown genome information to analyze the cell type–specific expression of homeologous genes in the developing wheat grain and identified distinct co-expression clusters reflecting the spatiotemporal progression during endosperm development. We observed no global but cell type– and stage-dependent genome dominance, organization of the wheat genome into transcriptionally active chromosomal regions, and asymmetric expression in gene families related to baking quality. Our findings give insight into the transcriptional dynamics and genome interplay among individual grain cell types in a polyploid cereal genome.

The widespread use of elite sires by means of artificial insemination in livestock breeding leads to the frequent emergence of recessive genetic defects, which cause significant economic and animal welfare concerns. Here we show that the availability of genome-wide, high-density SNP panels, combined with the typical structure of livestock populations, markedly accelerates the positional identification of genes and mutations that cause inherited defects. We report the fine-scale mapping of five recessive disorders in cattle and the molecular basis for three of these: congenital muscular dystony (CMD) types 1 and 2 in Belgian Blue cattle and ichthyosis fetalis in Italian Chianina cattle. Identification of these causative mutations has an immediate translation into breeding practice, allowing marker assisted selection against the defects through avoidance of at-risk matings.

The International Collaboration to Sequence the Atlantic Salmon Genome (ICSASG) will produce a genome sequence that identifies and physically maps all genes in the Atlantic salmon genome and acts as a reference sequence for other salmonids.