Abstract Despite the economic, ecological, and scientific importance of the genera Populus L. (poplars, cottonwoods, and aspens) and Salix L. Salicaceae (willows), we know little about the sources of differences in species diversity between the genera and of the phylogenetic conflict that often confounds estimating phylogenetic trees. Salix subgenera and sections, in particular, have been difficult to classify, with one recent attempt termed a ‘spectacular failure’ due to a speculated radiation of the subgenera Vetrix and Chamaetia . Here we use targeted sequence capture to understand the evolutionary history of this portion of the Salicaceae plant family. Our phylogenetic hypothesis was based on 787 gene regions and identified extensive phylogenetic conflict among genes. Our analysis supported some previously described subgeneric relationships and confirmed polyphyly of others. Using an f branch analysis we identified several cases of hybridization in deep branches of the phylogeny, which likely contributed to discordance among gene trees. In addition, we identified a rapid increase in diversification rate near the origination of the Vetrix-Chamaetia clade in Salix . This region of the tree coincided with several nodes that lacked strong statistical support, indicating a possible increase in incomplete lineage sorting due to rapid diversification. The extraordinary level of both recent and ancient hybridization in both Populus and Salix have played important roles in the diversification and diversity in these two genera. Supplementary data files will be provided by request to matt.olson@ttu.edu

Abstract Dioecy, the presence of separate sexes on distinct individuals, has evolved repeatedly in multiple plant lineages. However, the specific mechanisms through which sex systems evolve and their commonalities among plant species remain poorly understood. With both XY and ZW sex systems, the family Salicaceae provides a system to uncover the evolutionary forces driving sex chromosome turnovers. In this study, we performed a genome-wide association study to characterize sex determination in two Populus species, P. euphratica and P. alba . Our results reveal an XY system of sex determination on chromosome 14 of P. euphratica , and a ZW system on chromosome 19 of P. alba . We further assembled the corresponding sex determination regions, and found that their sex chromosome turnovers may be driven by the repeated translocations of a Helitron -like transposon. During the translocation, this factor may have captured partial or intact sequences that are orthologous to a type-A cytokinin response regulator gene. Based on results from this and other recently published studies, we hypothesize that this gene may act as a master regulator of sex determination for the entire family. We propose a general model to explain how the XY and ZW sex systems in this family can be determined by the same RR gene. Our study provides new insights into the diversification of incipient sex chromosome in flowering plants by showing how transposition and rearrangement of a single gene can control sex in both XY and ZW systems.

Abstract Understanding the underlying mechanisms between genome evolution and phenotypic and adaptive innovations is a key goal of evolutionary studies. Poplars are the world’s most widely distributed and cultivated trees, with extensive phenotypic diversity and environmental adaptability. Here we report a genus-level super-pangenome of 19 Populus genomes. After integrating pan-genomes with transcriptomes, methylomes and chromatin accessibility mapping, we reveal that the evolutionary fate of pan-genes and duplicated genes are largely associated with local genomic landscapes of regulatory and epigenetic architectures. Further comparative genomic analyses enabled to identify 142,202 structural variations (SVs) across species, which overlap with substantial genes and play key roles in both phenotypic and adaptive divergence. We experimentally validated a ∼180 bp presence/absence variant located in the promoter of the CUC2 gene, which contributed critically to leaf serration divergence between species. Together, this first super-pangenome resource in forest trees will not only accelerate molecular functional studies and genetic breeding of this globally important tree genus, but also lays a foundation for our understanding of tree biology.

The development of non-recombining sex chromosomes has radical effects on the evolution of discrete sexes and sexual dimorphism. Although dioecy is rare in plants, sex chromosomes have evolved repeatedly throughout the diversification of angiosperms, and many of these sex chromosomes are relatively young compared to those found in vertebrates. The Salicaceae, the family of plants that includes poplars and willows, contains predominantly dioecious species and likely evolved separate sexes prior to the split of willows and poplars over 70 million years ago. Despite this shared origin of dioecy, both the chromosomal location of the sex determination region and sex chromosome heterogamety differ between and within these genera. In this study, we identified a novel sex-linked region (SLR) in Salix nigra , a basal species in the willow clade, and demonstrate that this species has XY heterogamety. We did not detect any genetic overlap with the previously characterized ZW SLRs in willows, which map to a different chromosome. The S. nigra SLR is characterized by strong recombination suppression across a 2 MB region. The non-recombining portion of the X chromosome also exhibits a pattern of low Tajima’s D, consistent with a recent selective sweep of the X chromosome in this region.

Abstract Challenges in identifying tumor-rejecting neoantigens limit the efficacy of neoantigen vaccines to treat cancers, including cutaneous squamous cell carcinoma (cSCC). A minority of human cSCC tumors shared neoantigens, supporting the need for personalized vaccines. Using a UV-induced mouse cSCC model which recapitulated the mutational signature and driver mutations found in human disease, we found that CD8 T cells constrain cSCC. Two MHC class I neoantigens were identified that constrained cSCC growth. Compared to the wild-type peptides, one tumor-rejecting neoantigen exhibited improved MHC binding and the other had increased solvent accessibility of the mutated residue. Across known neoantigens that do not impact MHC binding, structural modeling of the peptide/MHC complexes indicated that increased solvent accessibility, which will facilitate TCR recognition of the neoantigen, distinguished tumor-rejecting from non-immunogenic neoantigens. This work reveals characteristics of tumor-rejecting neoantigens that may be of considerable importance in identifying optimal vaccine candidates in cSCC and other cancers.

Abstract Enterocytozoon bieneusi is reported to be a common microsporidian of humans and animals in various countries. However, scarce information on E. bieneusi has been recorded in cats ( Felis catus ) and dogs ( Canis familiaris ) in China. As such, we undertook molecular epidemiological investigation of E. bieneusi in cats and dogs in Shanghai, China. A total of 359 genomic DNAs were extracted from individual faecal samples from cats ( n = 59) and dogs ( n = 300), and then tested using a nested PCR-based sequencing approach employing internal transcribed spacer (ITS) of nuclear ribosomal DNA as the genetic marker. Enterocytozoon bieneusi was detected in 34 of all 359 (9.5%) faecal samples from cats (32.2%; 19/59) and dogs (5.0%; 15/300), including 24 stray cats and dogs (22.6%; 24/106), as well as ten household/raised cats and dogs (4.0%; 10/253). Correlation analyses revealed that E. bieneusi positive rates were significantly associated with stray cats and dogs ( P < 0.05). The analysis of ITS sequence data revealed the presentation of five known genotypes CD7, CHN-HD2, D, PtEb IX and Type IV and two novel genotypes D-like1 and PtEb IX-like1. Zoonotic genotype D was the predominant type with percentage of 61.8 (21/34). Phylogenetic analysis of ITS sequence data sets showed that genotypes D, D-like1 and Type IV clustered within Group 1, showing zoonotic potential. The others were assigned into Group 10 with host specificity. These findings suggested that cats and dogs in Shanghai harbor zoonotic genotype D of E. bieneusi and may have a significant risk for zoonotic transmission. Further insight into the epidemiology of E. bieneusi in animals, water and the environment from other areas in China will be important to have an informed position on the public health significance of microsporidiosis caused by this microbe.

Background Sex chromosomes in a wide variety of species share common characteristics, including the presence of suppressed recombination surrounding sex determination loci. They have arisen independently in numerous lineages, providing a conclusive example of convergent evolution. Mammalian sex chromosomes contain multiple palindromic repeats across the non-recombining region that facilitate sequence conservation through gene conversion, and contain genes that are crucial for sexual reproduction. Plant sex chromosomes are less well understood, and in particular it is not clear how coding sequence conservation is maintained in the absence of homologous recombination.Results Here we present the first evidence of large palindromic structures in a plant sex chromosome, based on a highly contiguous assembly of the W chromosome of the dioecious shrub Salix purpurea . Two consecutive palindromes span over a region of 200 kb, with conspicuous 20 kb stretches of highly conserved sequences among the four arms. The closely-related species S. suchowensis also has two copies of a portion of the palindrome arm and provides strong evidence for gene conversion. Four genes in the palindrome are homologous to genes in the SDR of the closely-related genus Populus , which is located on a different chromosome. These genes show distinct, floral-biased expression patterns compared to paralogous copies on autosomes.Conclusion The presence of palindromic structures in sex chromosomes of mammals and plants highlights the intrinsic importance of these features in adaptive evolution in the absence of recombination. Convergent evolution is driving both the independent establishment of sex chromosomes as well as their fine-scale sequence structure.

Abstract Premise of the study The family Salicaceae has proved taxonomically challenging, especially in the genus Salix , which is speciose and features frequent hybridization and polyploidy. Past efforts to reconstruct the phylogeny with molecular barcodes have failed to resolve the species relationships of many sections of the genus. Methods We used the wealth of sequence data in the family to design sequence capture probes to target regions of 300-1200 base pairs of exonic regions of 972 genes. Results We recovered sequence data for nearly all of the targeted genes in three species of Populus and three species of Salix . We present a species tree, discuss concordance among gene trees, as well as some population genomic summary statistics for these loci. Conclusions Our sequence capture array has extremely high capture efficiency within the genera Populus and Salix , resulting in abundant phylogenetic information. Additionally, these loci show promise for population genomic studies.