This paper reports the genome sequence of domesticated tomato, a major crop plant, and a draft sequence for its closest wild relative; comparative genomics reveal very little divergence between the two genomes but some important differences with the potato genome, another important food crop in the genus Solanum. Tomato (Solanum lycopersicum) is a major crop plant and a model system for fruit development. Solanum is one of the largest angiosperm genera1 and includes annual and perennial plants from diverse habitats. Here we present a high-quality genome sequence of domesticated tomato, a draft sequence of its closest wild relative, Solanum pimpinellifolium2, and compare them to each other and to the potato genome (Solanum tuberosum). The two tomato genomes show only 0.6% nucleotide divergence and signs of recent admixture, but show more than 8% divergence from potato, with nine large and several smaller inversions. In contrast to Arabidopsis, but similar to soybean, tomato and potato small RNAs map predominantly to gene-rich chromosomal regions, including gene promoters. The Solanum lineage has experienced two consecutive genome triplications: one that is ancient and shared with rosids, and a more recent one. These triplications set the stage for the neofunctionalization of genes controlling fruit characteristics, such as colour and fleshiness.

David Bertioli and colleagues report the genomes of Arachis duranensis and Arachis ipaensis, the diploid ancestors of cultivated peanut, Arachis hypogaea. Their analyses are a first step in understanding the evolution of the peanut's tetraploid genome. Cultivated peanut (Arachis hypogaea) is an allotetraploid with closely related subgenomes of a total size of ∼2.7 Gb. This makes the assembly of chromosomal pseudomolecules very challenging. As a foundation to understanding the genome of cultivated peanut, we report the genome sequences of its diploid ancestors (Arachis duranensis and Arachis ipaensis). We show that these genomes are similar to cultivated peanut's A and B subgenomes and use them to identify candidate disease resistance genes, to guide tetraploid transcript assemblies and to detect genetic exchange between cultivated peanut's subgenomes. On the basis of remarkably high DNA identity of the A. ipaensis genome and the B subgenome of cultivated peanut and biogeographic evidence, we conclude that A. ipaensis may be a direct descendant of the same population that contributed the B subgenome to cultivated peanut.

Like many other crops, the cultivated peanut (Arachis hypogaea L.) is of hybrid origin and has a polyploid genome that contains essentially complete sets of chromosomes from two ancestral species. Here we report the genome sequence of peanut and show that after its polyploid origin, the genome has evolved through mobile-element activity, deletions and by the flow of genetic information between corresponding ancestral chromosomes (that is, homeologous recombination). Uniformity of patterns of homeologous recombination at the ends of chromosomes favors a single origin for cultivated peanut and its wild counterpart A. monticola. However, through much of the genome, homeologous recombination has created diversity. Using new polyploid hybrids made from the ancestral species, we show how this can generate phenotypic changes such as spontaneous changes in the color of the flowers. We suggest that diversity generated by these genetic mechanisms helped to favor the domestication of the polyploid A. hypogaea over other diploid Arachis species cultivated by humans. The genome sequence of segmental allotetraploid peanut suggests that diversity generated by genetic deletions and homeologous recombination helped to favor the domestication of Arachis hypogaea over its diploid relatives.

Abstract Cultivated strawberry ( Fragaria × ananassa ) is an octoploid species (2n = 8x= 56) that is widely consumed around the world as both fresh and processed fruit. In this study, we report a chromosome-scale strawberry genome assembly of a Japanese variety, Reikou. The Illumina short reads derived from paired-end, mate-pair, and 10X Genomics libraries were assembled using Denovo MAGIC 3.0. The generated phased scaffolds consisted of 32,715 sequences with a total length of 1.4 Gb and an N50 length of 3.9 Mb. A total of 63 pseudomolecules including chr0 were created by aligning the scaffolds onto the Reikou S1 linkage maps with the IStraw90 Axiom SNP array and ddRAD-Seq. Meanwhile, genomes of diploid Fragaria species were resequenced and compared with the most similar chromosome-scale scaffolds to investigate the possible progenitor of each subgenome. Clustering analysis suggested that the most likely progenitors were F. vesca and F. iinumae . The phased pseudomolecules were assigned the scaffolds names with Av, Bi, and X, representing sequence similarity with F. vesca (Av), F. iinumae (Bi), and others (X), respectively. The result of a comparison with the Camerosa genome suggested the possibility of subgenome structure differences between the two varieties.

Summary Horsegram [ Macrotyloma uniflorum (Lam.) Verdc.] is an underutilized warm season diploid legume (2n=20, 22), It is consumed as a food legume in India, and animal feed and fodder in Africa and Australia. Because of its ability to grow under water-deficient and marginal soil conditions, horsegram is a preferred choice in the era of the global climatic change. In recognition of its potential as a crop species, we generated and analyzed a draft genome sequence for HPK-4. The genome sequences of HPK-4 were generated by Illumina platform. Ten chromosome-scale pseudomolecules were created by aligning scaffold sequences onto a linkage map. The total length of the ten pseudomolecules were 259.2 Mb, covering 89% of the total length of the assembled sequences. A total of 36,105 genes were predicted on the assembled sequences, and 14,736 were considered to be horsegram specific genes by comparative analysis with Phaseolus. vulgaris , Vigna. angularis , Lotus. japonicus and Arabidopsis. thaliana . The results of macrosynteny analysis suggested that the genome structure of V. angularis is more similar to horsegram than that of P. vulgaris. Diversity analysis in the 91 accessions of horsegram with dd-RAD-Seq analysis indicated narrow genetic diversity among the horsegram accessions. This is the first attempt to generate a draft genome sequence in horsegram and will provide a reference for sequence-based analysis of the horsegram germplasm to elucidate the genetic basis of important traits.

Abstract Wild plants are often tolerant to biotic and abiotic stresses in their natural environments, whereas domesticated plants such as crops frequently lack such resilience. This difference is thought to be due to the high levels of genome heterozygosity in wild plant populations and the low levels of heterozygosity in domesticated crop species. In this study, common vetch ( Vicia sativa ) was used as a model to examine this hypothesis. The common vetch genome (2n = 14) was estimated as 1.8 Gb in size. Genome sequencing produced a reference assembly that spanned 1.5 Gb, from which 31,146 genes were predicted. Using this sequence as a reference, 24,118 single nucleotide polymorphisms were discovered in 1,243 plants from 12 natural common vetch populations in Japan. Common vetch genomes exhibited high heterozygosity at the population level, with lower levels of heterozygosity observed at specific genome regions. Such patterns of heterozygosity are thought to be essential for adaptation to different environments. These findings suggest that high heterozygosity at the population level would be required for wild plants to survive under natural conditions while allowing important gene loci to be fixed to adapt the conditions. The resources generated in this study will provide insights into de novo domestication of wild plants and agricultural enhancement. Highlight Sequence analysis of the common vetch (Vicia sativa) genome and SNP genotyping across natural populations revealed nucleotide diversity levels associated with native population environments.

Abstract Sweetpotato ( Ipomoea batatas (L.) Lam) is the world’s seventh most important food crop by production quantity. Cultivated sweetpotato is a hexaploid (2n = 6x = 90), and its genome (B1B1B2B2B2B2) is quite complex due to polyploidy, self-incompatibility, and high heterozygosity. Here we established a haploid-resolved and chromosome-scale de novo assembly of autohexaploid sweetpotato genome sequences. Before constructing the genome, we created chromosome-scale genome sequences in I. trifida using a highly homozygous accession, Mx23Hm, with PacBio RSII and Hi-C reads. Haploid-resolved genome assembly was performed for a sweetpotato cultivar, Xushu18 by hybrid assembly with Illumina paired-end (PE) and mate-pair (MP) reads, 10X genomics reads, and PacBio RSII reads. Then, 90 chromosome-scale pseudomolecules were generated by aligning the scaffolds onto a sweetpotato linkage map. De novo assemblies were also performed for chloroplast and mitochondrial genomes in I. trifida and sweetpotato. In total, 34,386 and 175,633 genes were identified on the assembled nucleic genomes of I. trifida and sweetpotato, respectively. Functional gene annotation and RNA-Seq analysis revealed locations of starch, anthocyanin, and carotenoid pathway genes on the sweetpotato genome. This is the first report of chromosome-scale de novo assembly of the sweetpotato genome. The results are expected to contribute to genomic and genetic analyses of sweetpotato.

Abstract Chrysanthemums are one of the most industrially important cut flowers worldwide. However, their segmental allopolyploidy and self-incompatibility have prevented the application of genetic analysis and modern breeding strategies. We thus developed a model strain, Gojo-0 ( Chrysanthemum seticuspe ), which is a diploid and self-compatible pure line. Here, we present the 3.05 Gb chromosome-level reference genome sequence, which covered 97% of the C. seticuspe genome. The genome contained more than 80% interspread repeats, of which retrotransposons accounted for 72%. We identified recent segmental duplication and retrotransposon expansion in C. seticuspe , contributing to a relatively large genome size. Furthermore, we identified aretrotransposon, SbdRT, which was enriched in gene-dense genome regions and had experienced a very recent transposition burst. We also demonstrated that the chromosome-level genome sequence facilitates positional cloning in C. seticuspe . The genome sequence obtained here can greatly contribute as a reference for chrysanthemum in front-line breeding including genome editing.

Abstract Japanese chestnut ( Castanea crenata Sieb. et Zucc.), unlike other Castanea species, is resistant to most diseases and wasps. However, genomic data of Japanese chestnut that could be used to determine its biotic stress resistance mechanisms have not been reported to date. In this study, we employed long-read sequencing and genetic mapping to generate genome sequences of Japanese chestnut at the chromosome level. Long reads (47.7 Gb; 71.6× genome coverage) were assembled into 781 contigs, with a total length of 721.2 Mb and a contig N50 length of 1.6 Mb. Genome sequences were anchored to the chestnut genetic map, comprising 14,973 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and covering 1,807.8 cM map distance, to establish a chromosome-level genome assembly (683.8 Mb), with 69,980 potential protein-encoding genes and 425.5 Mb repetitive sequences. Furthermore, comparative genome structure analysis revealed that Japanese chestnut shares conserved chromosomal segments with woody plants, but not with herbaceous plants, of rosids. Overall, the genome sequence data of Japanese chestnut generated in this study is expected to enhance not only its genetics and genomics but also the evolutionary genomics of woody rosids.

Pangenomes are collections of annotated genome sequences of multiple individuals of a species. The structural variants uncovered by these datasets are a major asset to genetic analysis in crop plants. Here, we report a pangenome of barley comprising long-read sequence assemblies of 76 wild and domesticated genomes and short-read sequence data of 1,315 genotypes. An expanded catalogue of sequence variation in the crop includes structurally complex loci that have become hot spots of gene copy number variation in evolutionarily recent times. To demonstrate the utility of the pangenome, we focus on four loci involved in disease resistance, plant architecture, nutrient release, and trichome development. Novel allelic variation at a powdery mildew resistance locus and population-specific copy number gains in a regulator of vegetative branching were found. Expansion of a family of starch-cleaving enzymes in elite malting barleys was linked to shifts in enzymatic activity in micro-malting trials. Deletion of an enhancer motif is likely to change the developmental trajectory of the hairy appendages on barley grains. Our findings indicate that rapid evolution at structurally complex loci may have helped crop plants adapt to new selective regimes in agricultural ecosystems.