ABSTRACT Seagrasses comprise the only submerged marine angiosperms, a feat of adaptation from three independent freshwater lineages within the Alismatales. These three parallel lineages offer the unique opportunity to study convergent versus lineage-specific adaptation to a fully marine lifestyle. Here, we present chromosome-level genome assemblies from a representative species of each of the seagrass lineages - Posidonia oceanica (Posidoniaceae), Cymodocea nodosa (Cymodoceaceae), and Thalassia testudinum (Hydrocharitaceae) - along with an improved assembly for Zostera marina (Zosteraceae). We also include a draft genome of Potamogeton acutifolius , a representative of Potamogetonaceae, the freshwater sister lineage to the Zosteraceae. Genome analysis reveals that all seagrasses share an ancient whole genome triplication (WGT) event, dating to the early evolution of the Alismatales. An additional whole genome duplication (WGD) event was uncovered for C. nodosa and P. acutifolius . Dating of ancient WGDs and more recent bursts of transposable elements correlate well with major geological and recent climatic events, supporting their role as rapid generators of genetic variation. Comparative analysis of selected gene families suggests that the transition from the submerged-freshwater to submerged-marine environment did not require revolutionary changes. Major gene losses related to, e.g., stomata, volatiles, defense, and lignification, are likely a consequence of the submerged lifestyle rather than the cause (‘use it or lose it’). Likewise, genes, often retained from the WGD and WGT, were co-opted for functions requiring the alignment of many small adaptations (‘tweaking’), e.g., osmoregulation, salinity, light capture, carbon acquisition, and temperature. Our ability to manage and conserve seagrass ecosystems depends on our understanding of the fundamental processes underpinning their resilience. These new genomes will accelerate functional studies and are expected to contribute to transformative solutions — as continuing worldwide losses of the ‘savannas of the sea’ are of major concern in times of climate change and loss of biodiversity.

Abstract Cotton ( Gossypium hirsutum L.) is the key renewable fibre crop worldwide, yet its yield and fibre quality show high variability due to genotype-specific traits and complex interactions among cultivars, management practices and environmental factors. Modern breeding practices may limit future yield gains due to a narrow founding gene pool. Precision breeding and biotechnological approaches offer potential solutions, contingent on accurate cultivar-specific data. Here we address this need by generating high-quality reference genomes for three modern cotton cultivars (‘UGA230’, ‘UA48’ and ‘CSX8308’) and updating the ‘TM-1’ cotton genetic standard reference. Despite hypothesized genetic uniformity, considerable sequence and structural variation was observed among the four genomes, which overlap with ancient and ongoing genomic introgressions from ‘Pima’ cotton, gene regulatory mechanisms and phenotypic trait divergence. Differentially expressed genes across fibre development correlate with fibre production, potentially contributing to the distinctive fibre quality traits observed in modern cotton cultivars. These genomes and comparative analyses provide a valuable foundation for future genetic endeavours to enhance global cotton yield and sustainability.

Abstract Soapwort ( Saponaria officinalis ) is a flowering plant from the Caryophyllaceae family with a long history of human use as a traditional source of soap. Its detergent properties are because of the production of polar compounds (saponins), of which the oleanane-based triterpenoid saponins, saponariosides A and B, are the major components. Soapwort saponins have anticancer properties and are also of interest as endosomal escape enhancers for targeted tumor therapies. Intriguingly, these saponins share common structural features with the vaccine adjuvant QS-21 and, thus, represent a potential alternative supply of saponin adjuvant precursors. Here, we sequence the S . officinalis genome and, through genome mining and combinatorial expression, identify 14 enzymes that complete the biosynthetic pathway to saponarioside B. These enzymes include a noncanonical cytosolic GH1 (glycoside hydrolase family 1) transglycosidase required for the addition of d- quinovose. Our results open avenues for accessing and engineering natural and new-to-nature pharmaceuticals, drug delivery agents and potential immunostimulants.

ABSTRACT Ancient whole-genome duplications (WGDs) are believed to facilitate novelty and adaptation by providing the raw fuel for new genes. However, it is unclear how recent WGDs may contribute to evolvability within recent polyploids. Hybridization accompanying some WGDs may combine divergent gene content among diploid species. Some theory and evidence suggest that polyploids have a greater accumulation and tolerance of gene presence-absence and genomic structural variation, but it is unclear to what extent either is true. To test how recent polyploidy may influence pangenomic variation, we sequenced, assembled, and annotated twelve complete, chromosome-scale genomes of Camelina sativa , an allohexaploid biofuel crop with three distinct subgenomes. Using pangenomic comparative analyses, we characterized gene presence-absence and genomic structural variation both within and between the subgenomes. We found over 75% of ortholog gene clusters are core in Camelina sativa and <10% of sequence space was affected by genomic structural rearrangements. In contrast, 19% of gene clusters were unique to one subgenome, and the majority of these were Camelina-specific (no ortholog in Arabidopsis). We identified an inversion that may contribute to vernalization requirements in winter-type Camelina, and an enrichment of Camelina-specific genes with enzymatic processes related to seed oil quality and Camelina’s unique glucosinolate profile. Genes related to these traits exhibited little presence-absence variation. Our results reveal minimal pangenomic variation in this species, and instead show how hybridization accompanied by WGD may benefit polyploids by merging diverged gene content of different species.

Abstract Cultivated pear consists of several Pyrus species with P. communis (European pear) representing a large fraction of worldwide production. As a relatively recently domesticated crop and perennial tree, pear can benefit from genome-assisted breeding. Additionally, comparative genomics within Rosaceae promises greater understanding of evolution within this economically important family. Here, we generate a fully-phased chromosome-scale genome assembly of P. communis cv. ‘d’Anjou’. Using PacBio HiFi and Dovetail Omni-C reads, the genome is resolved into the expected 17 chromosomes, with each haplotype totalling nearly 540 Megabases and a contig N50 of nearly 14 Mb. Both haplotypes are highly syntenic to each other, and to the Malus domestica ‘Honeycrisp’ apple genome. Nearly 45,000 genes were annotated in each haplotype, over 90% of which have direct RNA-seq expression evidence. We detect signatures of the known whole-genome duplication shared between apple and pear, and we estimate 57% of d’Anjou genes are retained in duplicate derived from this event. This genome highlights the value of generating phased diploid assemblies for recovering the full allelic complement in highly heterozygous crop species.

Abstract Ancient whole-genome duplications (WGDs) are believed to facilitate novelty and adaptation by providing the raw fuel for new genes. However, it is unclear how recent WGDs may contribute to evolvability within recent polyploids. Hybridization accompanying some WGDs may combine divergent gene content among diploid species. Some theory and evidence suggest that polyploids have a greater accumulation and tolerance of gene presence-absence and genomic structural variation, but it is unclear to what extent either is true. To test how recent polyploidy may influence pangenomic variation, we sequenced, assembled, and annotated twelve complete, chromosome-scale genomes of Camelina sativa, an allohexaploid biofuel crop with three distinct subgenomes. Using pangenomic comparative analyses, we characterized gene presence-absence and genomic structural variation both within and between the subgenomes. We found over 75% of ortholog gene clusters are core in Camelina sativa and &lt;10% of sequence space was affected by genomic structural rearrangements. In contrast, 19% of gene clusters were unique to one subgenome, and the majority of these were Camelina-specific (no ortholog in Arabidopsis). We identified an inversion that may contribute to vernalization requirements in winter-type Camelina, and an enrichment of Camelina-specific genes with enzymatic processes related to seed oil quality and Camelina’s unique glucosinolate profile. Genes related to these traits exhibited little presence-absence variation. Our results reveal minimal pangenomic variation in this species, and instead show how hybridization accompanied by WGD may benefit polyploids by merging diverged gene content of different species.