Abstract ‘Honeycrisp’ is one of the most valuable apple cultivars grown in the United States and a popular breeding parent due to its superior fruit quality traits, high levels of cold hardiness, and disease resistance. However, it suffers from a number of physiological disorders and is susceptible to production and postharvest issues. Although several apple genomes have been sequenced in the last decade, there is still a substantial knowledge gap in understanding the genetic mechanisms underlying cultivar-specific traits. Here we present a fully phased, chromosome-level genome of ‘Honeycrisp’ apples, using PacBio HiFi, Omni-C, and Illumina sequencing platforms. Our genome assembly is by far the most contiguous among all the apple genomes. The sizes of the two assembled haplomes are 674 Mb and 660 Mb, with contig N50s of 32.8 Mb and 31.6 Mb, respectively. In total, 47,563 and 48,655 protein coding genes were annotated from each haplome, capturing 96.8-97.4% complete BUSCOs in the eudicot database, the most complete among all Malus annotations. A gene family analysis using seven Malus genomes shows that a vast majority of ‘Honeycrisp’ genes are assigned into orthogroups shared with other genomes, but it also reveals 121 ‘Honeycrisp’-specific orthogroups. We provide a valuable resource for understanding the genetic basis of horticulturally important traits in apples and other related tree fruit species, including at-harvest and postharvest fruit quality, abiotic stress tolerance, and disease resistance, all of which can enhance breeding efforts in Rosaceae.

Genome sequencing for agriculturally important Rosaceous crops has made rapid progress both in completeness and annotation quality. Whole genome sequence and annotation gives breeders, researchers, and growers information about cultivar specific traits such as fruit quality, disease resistance, and informs strategies to enhance postharvest storage. Here we present a haplotype-phased, chromosomal level, genome of Malus domestica, 'WA 38', a new cultivar of apple released to market in 2017 as Cosmic Crisp ®. Using both short and long read sequencing our fully phased genome of 'WA 38' is about 650 Megabases, with a BUSCO score of 98.7% complete. The genome contains two haplomes (HapA and HapB) which are composed of 17 chromosomes each. A total of 48,227 and 54,479 genes were annotated from HapA and HapB, respectively. Additionally, we provide genome-scale comparisons to 'Gala', 'Honeycrisp', and other relevant cultivars highlighting major structural and quality differences. This assembly and annotation was done in collaboration with the American Campus Tree Genomes project that included 'WA 38' (WSU) and the 'd'Anjou' pear (Auburn University). To ensure transparency, reproducibility, and applicability for any genome project, our genome assembly and annotation workflow is recorded in detail and shared under a public GitHub repository. All software is containerized, offering a simple implementation of the workflow.

Abstract Quality assessment of pome fruits ( i.e. apples and pears) is used not only crucial for determining the optimal harvest time, but also the progression of fruit-quality attributes during storage. Therefore, it is typical to repeatedly evaluate fruits during the course of a postharvest experiment. This evaluation often includes careful visual assessments of fruit for apparent defects and physiological symptoms. A general best practice for quality assessment is to rate fruit using the same individual rater or group of individuals raters to reduce bias. However, such consistency across labs, facilities, and experiments is often not feasible or attainable. Moreover, while these visual assessments are critical empirical data, they are often coarse-grained and lack consistent objective criteria. Granny, is a tool designed for rating fruit using machine-learning and image-processing to address rater bias and improve resolution. Additionally, Granny supports backwards compatibility by providing ratings compatible with long-established standards and references, promoting research program continuity. Current Granny ratings include starch content assessment, rating levels of peel defects, and peel color analyses. Integrative analyses enhanced by Granny’s improved resolution and reduced bias, such as linking fruit outcomes to global scale-omics data, environmental changes, and other quantitative fruit quality metrics like soluble solids content and flesh firmness, will further enrich our understanding of fruit quality dynamics. Lastly, Granny is open-source and freely available.

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 Plant genome-scale resources are being generated at an increasing rate as sequencing technologies continue to improve and raw data costs continue to fall; however, the cost of downstream analyses remains large. This has resulted in a considerable range of genome assembly and annotation qualities across plant genomes due to their varying sizes, complexity, and the technology used for the assembly and annotation. To effectively work across genomes, researchers increasingly rely on comparative genomic approaches that integrate across plant community resources and data types. Such efforts have aided the genome annotation process and yielded novel insights into the evolutionary history of genomes and gene families, including complex non-model organisms. The essential tools to achieve these insights rely on gene family analysis at a genome-scale, but they are not well integrated for rapid analysis of new data, and the learning curve can be steep. Here we present PlantTribes2, a scalable, easily accessible, highly customizable, and broadly applicable gene family analysis framework with multiple entry points including user provided data. It uses objective classifications of annotated protein sequences from existing, high-quality plant genomes for comparative and evolutionary studies. PlantTribes2 can improve transcript models and then sort them, either genome-scale annotations or individual gene coding sequences, into pre-computed orthologous gene family clusters with rich functional annotation information. Then, for gene families of interest, PlantTribes2 performs downstream analyses and customizable visualizations including, (1) multiple sequence alignment, (2) gene family phylogeny, (3) estimation of synonymous and non-synonymous substitution rates among homologous sequences, and (4) inference of large-scale duplication events. We give examples of PlantTribes2 applications in functional genomic studies of economically important plant families, namely transcriptomics in the weedy Orobanchaceae and a core orthogroup analysis (CROG) in Rosaceae. PlantTribes2 is freely available for use within the main public Galaxy instance and can be downloaded from GitHub or Bioconda. Importantly, PlantTribes2 can be readily adapted for use with genomic and transcriptomic data from any kind of organism.

Abstract The rapid development of sequencing technologies has led to a deeper understanding of horticultural plant genomes. However, experimental evidence connecting genes to important agronomic traits is still lacking in most non-model organisms. For instance, the genetic mechanisms underlying plant architecture are poorly understood in pome fruit trees, creating a major hurdle in developing new cultivars with desirable architecture, such as dwarfing rootstocks in European pear ( Pyrus communis ). Further, the quality and content of genomes vary widely. Therefore, it can be challenging to curate a list of genes with high-confidence gene models across reference genomes. This is often an important first step towards identifying key genetic factors for important traits. Here we present a draft genome of P. communis ‘d’Anjou’ and an improved assembly of the latest P. communis ‘Bartlett’ genome. To study gene families involved in tree architecture in European pear and other rosaceous species, we developed a workflow using a collection of bioinformatic tools towards curation of gene families of interest across genomes. This lays the groundwork for future functional studies in pear tree architecture. Importantly, our workflow can be easily adopted for other plant genomes and gene families of interest.