Abstract Xylella fastidiosa is a bacterium that infects crops like grapevines, coffee, almonds, citrus and olives, causing economically devastating damage. There is, however, little understanding of the genes that contribute to resistance, the genomic architecture of resistance, and the potential role of climate in shaping resistance, in part because major crops like grapevines ( V. vinifera ) are not resistant to the bacterium. Here we studied a wild grapevine species, Vitis arizonica , that segregates for resistance to X. fastidiosa . Using genome-wide association, we identified candidate genes that mediate the host response to X. fastidiosa infection. We uncovered evidence that resistance requires genes from multiple genomic regions, based on data from breeding populations and from additional Vitis species. We also inferred that resistance evolved more than once in the wild, suggesting that wild Vitis species may be a rich source for resistance alleles and mechanisms. Finally, resistance in V. arizonica was climate dependent, because individuals from low (< 10°C) temperature locations in the wettest quarter were typically susceptible to infection, likely reflecting a lack of pathogen pressure in these climates. Surprisingly, climate was nearly as effective a predictor of resistance phenotypes as some genetic markers. This work underscores that pathogen pressure is likely to increase with climate, but it also provides genetic insight and tools for breeding and transforming resistant crops.

De novo genome assembly is essential for genomic research. High-quality genomes assembled into phased pseudomolecules are challenging to produce and often contain assembly errors because of repeats, heterozygosity, or the chosen assembly strategy. Although algorithms that produce partially phased assemblies exist, haploid draft assemblies that may lack biological information remain favored because they are easier to generate and use. We developed HaploSync, a suite of tools that produces fully phased, chromosome-scale diploid genome assemblies, and performs extensive quality control to limit assembly artifacts. HaploSync scaffolds sequences from a draft diploid assembly into phased pseudomolecules guided by a genetic map and/or the genome of a closely related species. HaploSync generates a report that visualizes the relationships between current and legacy sequences, for both haplotypes, and displays their gene and marker content. This quality control helps the user identify misassemblies and guides Haplosync’s correction of scaffolding errors. Finally, HaploSync fills assembly gaps with unplaced sequences and resolves collapsed homozygous regions. In a series of plant, fungal, and animal kingdom case studies, we demonstrate that HaploSync efficiently increases the assembly contiguity of phased chromosomes, improves completeness by filling gaps, corrects scaffolding, and correctly phases highly heterozygous, complex regions.

Abstract Muscadinia rotundifolia cv. Trayshed is a valuable source of resistance to grape powdery mildew. It carries two powdery mildew resistance-associated genetic loci, Run1 . 2 on chromosome 12 and Run2 . 2 on chromosome 18. In this study, we identified, phased, and reconstructed the two haplotypes of each resistance-associated locus. Haplotype phasing allowed the identification of several structural variation events between haplotypes of both loci. Combined with manual refinement of the gene models, we found that the heterozygous structural variants affected the gene content, with some resulting in duplicated or hemizygous nucleotide-binding leucine-rich repeat (NLR) genes. Structural variations also impacted the domain composition of some NLRs. These findings emphasize the need of generating haplotype-resolved sequences instead of using consensus sequences for identifying haplotype-specific candidate genes. Comparison of the NLRs in the Run1 . 2 and Run2 . 2 loci indicated that the two loci are composed of a different number and classes of NLR genes. We provide a list of candidate NLR genes from the Run1 . 2b and Run2 . 2 loci, whose expression suggests a role in powdery mildew resistance in Trayshed. These first complete and haplotype-resolved resistance-associated loci, and their candidate NLR genes, represent new resources to develop powdery mildew-resistant grape cultivars.

ABSTRACT Muscadinia rotundifolia , the muscadine grape, has been cultivated for centuries in the southeastern United States. M. rotundifolia is resistant to many of the pathogens that detrimentally affect Vitis vinifera , the grape species commonly used for winemaking. For this reason, M. rotundifolia is a valuable genetic resource for breeding. Single-molecule real-time reads were combined with optical maps to reconstruct the two haplotypes of each of the 20 M. rotundifolia cv. Trayshed chromosomes. The completeness and accuracy of the assembly were confirmed using a high-density linkage map of M. rotundifolia. Protein-coding genes were annotated using an integrated and comprehensive approach. This included using Full-length cDNA sequencing (Iso-Seq) to improve gene structure and hypothetical spliced variant predictions. Our data strongly support that Muscadinia chromosomes 7 and 20 are fused in Vitis and pinpoint the location of the fusion in Cabernet Sauvignon and PN40024 chromosome 7. Disease-related gene numbers in Trayshed and Cabernet Sauvignon were similar, but their clustering locations were different. A dramatic expansion of the Toll/Interleukin-1 Receptor-like Nucleotide-Binding Site Leucine-Rich Repeat (TIR-NBS-LRR) class was detected on Trayshed chromosome 12 at the Resistance to Uncinula necator 1 ( RUN1 )/ Resistance to Plasmopara viticola 1 ( RPV1 ) locus, which confers strong dominant resistance to powdery and downy mildews. A genome browser for Trayshed, its annotation, and an associated Blast tool are available at www.grapegenomics.com .

Abstract The permanent organs of grapevines ( V. vinifera L.), like other woody perennials, are colonized by various unrelated pathogenic ascomycete fungi secreting cell wall-degrading enzymes and phytotoxic secondary metabolites that contribute to host damage and disease symptoms. Trunk pathogens differ in the symptoms they induce and the extent and speed of damage. Isolates of the same species often display a wide virulence range, even within the same vineyard. This study focuses on Eutypa lata , Neofusicoccum parvum , and Phaeoacremonium minimum , causal agents of Eutypa dieback, Botryosphaeria dieback, and Esca, respectively. We sequenced fifty isolates from viticulture regions worldwide and built nucleotide-level, reference-free pangenomes for each species. Through examining genomic diversity and pangenome structure, we analyzed intraspecific conservation and variability of putative virulence factors, focusing on functions under positive selection, and recent gene-family dynamics of contraction and expansion. Our findings reveal contrasting distributions of putative virulence factors in the core, dispensable, and private genomes of each pangenome. For example, CAZymes were prevalent in the core genomes of each pangenome, whereas biosynthetic gene clusters were prevalent in the dispensable genomes of E. lata and P. minimum . The dispensable fractions were also enriched in Gypsy transposable elements and virulence factors under positive selection (polyketide synthases genes in E. lata and P. minimum glycosyltransferases in N. parvum ). Our findings underscore the complexity of the genomic architecture in each species and provide insights into their adaptive strategies, enhancing our understanding of the underlying mechanisms of virulence.

Background: Teinturier grapevine varieties were first described in the 16th century and have persisted due to their deep pigmentation. Unlike most other grapevine varieties, teinturier varieties produce berries with pigmented flesh due to anthocyanin production within the flesh. As a result, teinturier varieties are of interest not only for their ability to enhance the pigmentation of wine blends but also for their health benefits. Here, we assembled and annotated the Dakapo and Rubired genomes, two teinturier varieties. Findings: For Dakapo, we used a combination of Nanopore sequencing, Illumina sequencing, and scaffolding to the existing grapevine genome assembly to generate a final assembly of 508.5 Mbp with an N50 scaffold length of 25.6 Mbp and a BUSCO score of 98.0%. A combination approach of de novo annotation and lifting over annotations from the existing grapevine reference genome resulted in the annotation of 36,940 genes in the Dakapo assembly. For Rubired, PacBio HiFi reads were assembled, scaffolded, and phased to generate a diploid assembly with two haplotypes 474.7-476.0 Mbp long. The diploid genome has an N50 scaffold length of 24.9 Mbp and a BUSCO score of 98.7%, and both haplotype-specific genomes are of similar quality. De novo annotation of the diploid Rubired genome yielded annotations for 56,681 genes. Conclusions: The Dakapo and Rubired genome assemblies and annotations will provide genetic resources for future investigations into berry flesh pigmentation and other traits of interest in grapevine.

Abstract Capturing the genetic diversity of wild relatives is crucial for improving crops because wild species are valuable sources of agronomic traits that are essential to enhance the sustainability and adaptability of domesticated cultivars. Genetic diversity across a genus can be captured in super-pangenomes, which provide a framework for interpreting genomic variations. Here we report the sequencing, assembly, and annotation of nine wild North American grape genomes, which were phased and scaffolded at chromosome scale. We generated a reference-unbiased super-pangenome using pairwise whole-genome alignment methods, revealing the full resolution of genomic diversity among wild grape species from sequence to gene level. The pangenome graph captured genomic variation between haplotypes within a species and across the different species, and it accurately assessed the similarity of hybrids to their parents. The species selected to build the pangenome ensured a comprehensive representation of the genus, as illustrated by capturing known allelic variants in the sex-determining region and for Pierce’s disease resistance loci. Using pangenome-wide association analysis (pan-GWAS), we demonstrated the utility of the super-pangenome by effectively mapping short-reads from genus-wide samples and identifying loci associated with salt tolerance in natural populations of grapes. This study highlights how a reference-unbiased super-pangenome can reveal the genetic basis of the adaptive traits from wild relatives, potentially accelerating crop breeding research.

Background Grape berry ripening is influenced by climate, the main component of the “terroir” of a place. Light and temperature are major factors in the vineyard that affect berry development and fruit metabolite composition.Results To better understand the effect of “place” on transcript abundance during the late stages of berry ripening, Cabernet Sauvignon berries grown in Bordeaux and Reno were compared at similar sugar levels (19 to 26 °Brix (total soluble solids)). Day temperatures were warmer and night temperatures were cooler in Reno. °Brix was lower in Bordeaux berries compared to Reno at maturity levels considered optimum for harvest. RNA-Seq analysis identified 5528 differentially expressed genes between Bordeaux and Reno grape skins at 22°Brix. Weighted Gene Coexpression Network Analysis for all expressed transcripts for all four °Brix levels measured indicated that the majority (75%) of transcript expression differed significantly between the two locations. Top gene ontology categories for the common transcript sets were translation, photosynthesis, DNA metabolism and catabolism. Top gene ontology categories for the differentially expressed genes at 22°Brix involved response to stimulus, biosynthesis and response to stress. Some differentially expressed genes encoded terpene synthases, cell wall enzymes, kinases, transporters, transcription factors and photoreceptors. Most circadian clock genes had higher transcript abundance in Bordeaux. Bordeaux berries had higher transcript abundance with differentially expressed genes associated with seed dormancy, light, auxin, ethylene signaling, powdery mildew infection, phenylpropanoid, carotenoid and terpenoid metabolism, whereas Reno berries were enriched with differentially expressed genes involved in water deprivation, cold response, ABA signaling and iron homeostasis.Conclusions Transcript abundance profiles in the berry skins at maturity were highly dynamic. RNA-Seq analysis identified a smaller (25% of total) common core set of ripening genes that appear not to depend on rootstock, vineyard management, plant age, soil and climatic conditions. Much of the gene expression differed between the two locations and could be associated with multiple differences in environmental conditions that may have affected the berries in the two locations; some of these genes may be potentially controlled in different ways by the vinegrower to adjust final berry composition and reach a desired result.* ABA : ABscisic Acid ABCG : Adenosine triphosphate Binding Casette G ABF : Abscisic acid responsive elements Binding Factor ABS : Abnormal Shoot ACO1 : ACc Oxidase 1 ACOL : ACc Oxidase-Like APG9 : AutoPhaGy 9 ARAC1 : Arabidopsis RAC-like 1 ARF : Auxin Response Factor ATG : AuTophaGy ATH : Arabidopsis Thaliana abc2 Homolog BAM : Barley Any Meristem BCAT : Branched-Chain-amino-acid AminoTransferase BOD : BOrDeaux bp: base pair BSMT1 : Benzoate/Salicylate MethylTransferase 1 CBF1 : C-repeat/DRE Binding Factor 1 CCA1 : Circadian Clock Associated 1 CLE : CLavata3/Esr-related COP1 : COnstitutive Photomorphogenic 1 CML : CalModulin-Like CRY3 : CRYptochrome 3 cv : cultivar CYSB : cystatin B DEG(s) : Differentially Expressed Gene(s) DHS : 3-deoxy-D-arabino-Heptulosonate 7-phosphate Synthase DMAPP : DiMethylAllyl diPhosPhate DUF642 : Domain of Unknown Function 642 DXR : 1-deoxy-D-Xylulose 5-phosphate Reductoisomerase EC : Evening Complex EE : Evening Element EIN : Ethylene INsensitive ELF : EarLy Flowering ERF : Ethylene Response Factor EXL2 : EXordium Like 2 FAR1 : Far-Red impaired Response 1 FDR : False Discovery Rate FER : FERrittin FOP1 : FOlded Petal 1 FRS : FAR1-Related Sequence GH3 : GH3 family protein GIDB1 : Gibberellic acid Insensitive Dwarf1B GO : Gene Ontology HAD : HaloAcid Dehalogenase-like hydrolase protein HB12 : HomeoBox 12 HDS : 4-Hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl Diphosphate Synthase IAA : Indole Acetic Acid IDD14 : InDeterminate-Domain 14 IPP : IsoPentenyl Pyrophosphate IREG : Iron REGulated JAR : JAsmonate Resistant MAT3 : Methionine AdenosylTransferase 3 LHY : Late elongated Hypocotyl MEP : MethylErythritol 4-Phosphate MLA : intracellular MiLdew A NAC073 : NAC domain containing protein 73 NCBI : National Center for Biotechnology Information NCED : Nine-Cis Epoxycarotenoid Dioxygenase NRAMP3 : Natural Resistance-Associated Macrophage Protein 3 PAL : PhenylAlanine Lyase PCL1 : PhytoCLock 1 PHY : PHYtochrome PIF : Phytochrome Interacting Factor PR : Pathogenesis Related PRR : Psuedo-Response Regulator PSY : Phytoene SYnthase RNO : ReNO ROS : Reactive Oxygen Species RVE1 : ReVeillE 1 SA : Salicylic Acid SIA : Salt Induced Abc kinase SnRK : SNF1 Related protein Kinase STS : STilbene Synthase SULTR : SULfate TRansporter TAIR : The Arabidopsis Information Resource TAT : TyrosineAmino Transferase TOC : Timing Of Cab expression TPPD : Trehalose Phosphate Phosphatase D TPL : ToPLess TPM : Transcripts Per Million TPS : TerPene Synthase TSS : Total Soluble Solids VIT : Vacuolar Iron Transporter WGCNA : Weighted Gene Co-expression Network Analysis XTH : Xyloglucan endoTransglucosylase/Hydrolase YSL : Yellow Stripe-Like

ABSTRACT Cultivated grapevines are commonly grafted on closely related species to cope with specific biotic and abiotic stress conditions. The three North American Vitis species V. riparia , V. rupestris , and V. berlandieri , are the main species used for breeding grape rootstocks. Here, we report the diploid chromosome-scale assembly of three widely used rootstocks derived from these species: Richter 110 (110R), Kober 5BB, and 101-14 Millardet et de Grasset (Mgt). Draft genomes of the three hybrids were assembled using PacBio HiFi sequences at an average coverage of 53.1 X-fold. Using the tool suite HaploSync, we reconstructed the two sets of nineteen chromosome-scale pseudomolecules for each genome with an average haploid genome size of 494.5 Mbp. Residual haplotype switches were resolved using shared-haplotype information. These three reference genomes represent a valuable resource for studying the genetic basis of grape adaption to biotic and abiotic stresses, and designing trait-associated markers for rootstock breeding programs.

Sex determination in grapevine evolved through a complex succession of switches in sexual systems. Phased genomes built with single molecule real-time sequencing reads were assembled for eleven accessions of cultivated hermaphrodite grapevines and dioecious males and females, including the ancestor of domesticated grapevine and other related wild species. By comparing the phased sex haplotypes, we defined the sex locus of the Vitis genus and identified polymorphisms spanning regulatory and coding sequences that are in perfect association with each sex-type throughout the genus. These findings identified a novel male-fertility candidate gene, INP1, and significantly refined the model of sex determination in Vitis and its evolution.