Recent advances in genomic sequencing technology and computational assembly methods have allowed scientists to improve reference genome assemblies in terms of contiguity and composition. EquCab2, a reference genome for the domestic horse, was released in 2007. Although of equal or better quality compared to other first-generation Sanger assemblies, it had many of the shortcomings common to them. In 2014, the equine genomics research community began a project to improve the reference sequence for the horse, building upon the solid foundation of EquCab2 and incorporating new short-read data, long-read data, and proximity ligation data. Here, we present EquCab3. The count of non-N bases in the incorporated chromosomes is improved from 2.33 Gb in EquCab2 to 2.41 Gb in EquCab3. Contiguity has also been improved nearly 40-fold with a contig N50 of 4.5 Mb and scaffold contiguity enhanced to where all but one of the 32 chromosomes is comprised of a single scaffold.

Abstract Genome assembly can be challenging for species that are characterized by high amounts of polymorphism, heterozygosity, and large effective population sizes. High levels of heterozygosity can result in genome mis-assemblies and a larger than expected genome size due to the haplotig versions of a single locus being assembled as separate loci. Here, we describe the first chromosome-level genome for the eastern oyster, Crassostrea virginica . Publicly released and annotated in 2017, the assembly has a scaffold N50 of 54 mb and is over 97.3% complete based on BUSCO analysis. The genome assembly for the eastern oyster is a critical resource for foundational research into molluscan adaptation to a changing environment and for selective breeding for the aquaculture industry. Subsequent resequencing data suggested the presence of haplotigs in the original assembly, and we developed a post hoc method to break up chimeric contigs and mask haplotigs in published heterozygous genomes and evaluated improvements to the accuracy of downstream analysis. Masking haplotigs had a large impact on SNP discovery and estimates of nucleotide diversity and had more subtle and nuanced effects on estimates of heterozygosity, population structure analysis, and outlier detection. We show that haplotig-masking can be a powerful tool for improving genomic inference, and we present an open, reproducible resource for the masking of haplotigs in any published genome.

Abstract Background Basenjis are considered an ancient dog breed of central African origins that still live and hunt with tribesmen in the African Congo. Nicknamed the barkless dog, Basenjis possess unique phylogeny, geographical origins and traits, making their genome structure of great interest. The increasing number of available canid reference genomes allows us to examine the impact the choice of reference genome makes with regard to reference genome quality and breed relatedness. Results Here, we report two high quality de novo Basenji genome assemblies: a female, China (CanFam_Bas), and a male, Wags. We conduct pairwise comparisons and report structural variations between assembled genomes of three dog breeds: Basenji (CanFam_Bas), Boxer (CanFam3.1) and German Shepherd Dog (GSD) (CanFam_GSD). CanFam_Bas is superior to CanFam3.1 in terms of genome contiguity and comparable overall to the high quality CanFam_GSD assembly. By aligning short read data from 58 representative dog breeds to three reference genomes, we demonstrate how the choice of reference genome significantly impacts both read mapping and variant detection. Conclusions The growing number of high-quality canid reference genomes means the choice of reference genome is an increasingly critical decision in subsequent canid variant analyses. The basal position of the Basenji makes it suitable for variant analysis for targeted applications of specific dog breeds. However, we believe more comprehensive analyses across the entire family of canids is more suited to a pangenome approach. Collectively this work highlights the importance the choice of reference genome makes in all variation studies.

Abstract The fishing cat, Prionailurus viverrinus , displays a fish hunting behavior uncommon among most other cats. Estimated population declines in the wild increase the significance of its existing zoo populations, particularly with a recent high prevalence of transitional cell carcinoma (TCC), a form of bladder cancer. We hypothesize that its small captive population may harbor TCC risk variants at the germline level. To aid conservation efforts and investigate the genetics of TCC, we present a new fishing cat chromosomescale assembly, reaffirm its close genetic relationship with the Asian leopard cat ( Prionailurus bengalensis ), and identify and characterize single nucleotide variants (SNVs) from whole genome sequencing (WGS) data of healthy and TCC cats. Among genes previously associated with bladder cancer risk in human BRCA2 was found to have the highest number of missense mutations in fishing cats, with only two variants exhibiting a predominance in TCC cats. These new fishing cat genomic resources will aid efforts to improve their genetic fitness and enhance the comparative study of feline genomes.

Abstract Identifying the genetic factors that underlie complex traits is central to understanding the mechanistic underpinnings of evolution. In nature, adaptation to severe environmental change, such as encountered following colonization of caves, has dramatically altered genomes of species over varied time spans. Genomic sequencing approaches have identified mutations associated with troglomorphic trait evolution, but the functional impacts of these mutations remain poorly understood. The Mexican Tetra, Astyanax mexicanus , is abundant in the surface waters of northeastern Mexico, and also inhabits at least 30 different caves in the region. Cave-dwelling A. mexicanus morphs are well adapted to subterranean life and many populations appear to have evolved troglomorphic traits independently, while the surface-dwelling populations can be used as a proxy for the ancestral form. Here we present a high-resolution, chromosome-level surface fish genome, enabling the first genome-wide comparison between surface fish and cavefish populations. Using this resource, we performed quantitative trait locus (QTL) mapping analyses for pigmentation and eye size and found new candidate genes for eye loss such as dusp26 . We used CRISPR gene editing in A. mexicanus to confirm the essential role of a gene within an eye size QTL, rx3 , in eye formation. We also generated the first genome-wide evaluation of deletion variability that includes an analysis of the impact on protein-coding genes across cavefish populations to gain insight into this potential source of cave adaptation. The new surface fish genome reference now provides a more complete resource for comparative, functional, developmental and genetic studies of drastic trait differences within a species.

Background: Assemblies of diploid genomes are generally unphased, pseudo-haploid representations that do not correctly reconstruct the two parental haplotypes present in the individual sequenced. Instead, the assembly alternates between parental haplotypes and may contain duplications in regions where the parental haplotypes are sufficiently different. Trio binning is an approach to genome assembly that uses short reads from both parents to classify long reads from the offspring according to maternal or paternal haplotype origin, and is thus helped rather than impeded by heterozygosity. Using this approach, it is possible to derive two assemblies from an individual, accurately representing both parental contributions in their entirety with higher continuity and accuracy than is possible with other methods. Results: We used trio binning to assemble reference genomes for two species from a single individual using an interspecies cross of yak (Bos grunniens) and cattle (Bos taurus). The high heterozygosity inherent to interspecies hybrids allowed us to confidently assign >99% of long reads from the F1 offspring to parental bins using unique k-mers from parental short reads. Both the maternal (yak) and paternal (cattle) assemblies contain over one third of the acrocentric chromosomes, including the two largest chromosomes, in single haplotigs. Conclusions: These haplotigs are the first vertebrate chromosome arms to be assembled gap-free and fully phased, and the first time assemblies for two species have been created from a single individual. Both assemblies are the most continuous currently available for non-model vertebrates.

The extinct passenger pigeon was once the most abundant bird in North America, and possibly the world. While theory predicts that large populations will be more genetically diverse and respond more efficiently to selection, passenger pigeon genetic diversity was surprisingly low. To investigate this we analysed 41 mitochondrial and 4 nuclear genomes from passenger pigeons, and 2 genomes from band-tailed pigeons, passenger pigeons' closest living relatives. We find that passenger pigeons' large population size allowed for faster adaptive evolution and removal of harmful mutations, but that this drove a huge loss in neutral genetic diversity. These results demonstrate how great an impact selection can have on a vertebrate genome, and invalidate previous results that suggested population instability contributed to this species' surprisingly rapid extinction.

The American alligator, Alligator mississippiensis, like all crocodilians, has temperature-dependent sex determination, in which the sex of an embryo is determined by the incubation temperature of the egg during a critical period of development. The lack of genetic differences between male and female alligators leaves open the question of how the genes responsible for sex determination and differentiation are regulated. One insight into this question comes from the fact that exposing an embryo incubated at male-producing temperature to estrogen causes it to develop ovaries. Because estrogen response elements are known to regulate genes over long distances, a contiguous genome assembly is crucial for predicting and understanding its impact. We present an improved assembly of the American alligator genome, scaffolded with in vitro proximity ligation (Chicago) data. We use this assembly to scaffold two other crocodilian genomes based on synteny. We perform RNA sequencing of tissues from American alligator embryos to find genes that are differentially expressed between embryos incubated at male- versus female-producing temperature. Finally, we use the improved contiguity of our assembly along with the current model of CTCF-mediated chromatin looping to predict regions of the genome likely to contain estrogen-responsive genes. We find that these regions are significantly enriched for genes with female-biased expression in developing gonads after the critical period during which sex is determined by incubation temperature. We thus conclude that estrogen signaling is a major driver of female-biased gene expression in the post-temperature sensitive period gonads.

EquCab2, a high-quality reference genome for the domestic horse, was released in 2007. Since then, it has served as the foundation for nearly all genomic work done in equids. Recent advances in genomic sequencing technology and computational assembly methods have allowed scientists to improve reference assemblies of large animal and plant genomes in terms of contiguity and composition. In 2014, the equine genomics research community began a project to improve the reference sequence for the horse, building upon the solid foundation of EquCab2 and incorporating new short-read data, long-read data, and proximity ligation data. The result, EquCab3, is presented here. The count of non-N bases in the incorporated chromosomes is improved from 2.33Gb in EquCab2 to 2.41Gb from EquCab3. Contiguity has also been improved nearly 40-fold with a contig N50 of 4.5Mb and scaffold contiguity enhanced to where all but one of the 32 chromosomes is comprised of a single scaffold.

The ability of organisms to adapt to sudden extreme environmental changes produces some of the most drastic examples of rapid phenotypic evolution. The Mexican Tetra, Astyanax mexicanus, is abundant in the surface waters of northeastern Mexico, but repeated colonizations of cave environments have resulted in the independent evolution of troglomorphic phenotypes in several populations. Here, we present three chromosome-scale assemblies of this species, for one surface and two cave populations, enabling the first whole-genome comparisons between independently evolved cave populations to evaluate the genetic basis for the evolution of adaptation to the cave environment. Our assemblies represent the highest quality of sequence completeness with predicted protein-coding and non-coding gene metrics far surpassing prior resources and, to our knowledge, all long-read assembled teleost genomes, including zebrafish. Whole genome synteny alignments show highly conserved gene order among cave forms in contrast to a higher number of chromosomal rearrangements when compared to other phylogenetically close or distant teleost species. By phylogenetically assessing gene orthology across distant branches of amniotes, we discover gene orthogroups unique to A. mexicanus. When compared to a representative surface fish genome, we find a rich amount of structural sequence diversity, defined here as the number and size of insertions and deletions as well as expanding and contracting repeats across cave forms. These new more complete genomic resources ensure higher trait resolution for comparative, functional, developmental, and genetic studies of drastic trait differences within a species.