Eucalypts are the world’s most widely planted hardwood trees. Their outstanding diversity, adaptability and growth have made them a global renewable resource of fibre and energy. We sequenced and assembled >94% of the 640-megabase genome of Eucalyptus grandis. Of 36,376 predicted protein-coding genes, 34% occur in tandem duplications, the largest proportion thus far in plant genomes. Eucalyptus also shows the highest diversity of genes for specialized metabolites such as terpenes that act as chemical defence and provide unique pharmaceutical oils. Genome sequencing of the E. grandis sister species E. globulus and a set of inbred E. grandis tree genomes reveals dynamic genome evolution and hotspots of inbreeding depression. The E. grandis genome is the first reference for the eudicot order Myrtales and is placed here sister to the eurosids. This resource expands our understanding of the unique biology of large woody perennials and provides a powerful tool to accelerate comparative biology, breeding and biotechnology. The Eucalyptus grandis genome has been sequenced, revealing the greatest number of tandem duplications of any plant genome sequenced so far, and the highest diversity of genes for specialized metabolites that act as chemical defence and provide unique pharmaceutical oils; genome sequencing of the sister species E. globulus and a set of inbred E. grandis tree genomes reveals dynamic genome evolution and hotspots of inbreeding depression. Fast-growing Eucalyptus trees form the basis of an international pulp, paper and chemical cellulose industry and they are also seen as potential biomass feedstocks for bioenergy and biomaterials. The genome of Eucalyptus grandis has now been sequenced. It contains the greatest number of tandem duplications so far found in a plant genome, as well as the highest diversity of genes for specialized metabolites that act as chemical defence and provide unique pharmaceutical oils. Comparison with the sister species E. globulus and with other E. grandis lines reveals dynamic genome evolution and hotspots of inbreeding depression. The availability of comprehensive genomic data will be of use in work on accelerating breeding cycles for productivity and wood quality and developing eucalypt strains suited to a variety of habitats.

We must mine the biodiversity in seed banks to help to overcome food shortages, urge Susan McCouch and colleagues.

Abstract Background Benefits from high-throughput sequencing using 454 pyrosequencing technology may be most apparent for species with high societal or economic value but few genomic resources. Rapid means of gene sequence and SNP discovery using this novel sequencing technology provide a set of baseline tools for genome-level research. However, it is questionable how effective the sequencing of large numbers of short reads for species with essentially no prior gene sequence information will support contig assemblies and sequence annotation. Results With the purpose of generating the first broad survey of gene sequences in Eucalyptus grandis , the most widely planted hardwood tree species, we used 454 technology to sequence and assemble 148 Mbp of expressed sequences (EST). EST sequences were generated from a normalized cDNA pool comprised of multiple tissues and genotypes, promoting discovery of homologues to almost half of Arabidopsis genes, and a comprehensive survey of allelic variation in the transcriptome. By aligning the sequencing reads from multiple genotypes we detected 23,742 SNPs, 83% of which were validated in a sample. Genome-wide nucleotide diversity was estimated for 2,392 contigs using a modified theta (θ) parameter, adapted for measuring genetic diversity from polymorphisms detected by randomly sequencing a multi-genotype cDNA pool. Diversity estimates in non-synonymous nucleotides were on average 4x smaller than in synonymous, suggesting purifying selection. Non-synonymous to synonymous substitutions (Ka/Ks) among 2,001 contigs averaged 0.30 and was skewed to the right, further supporting that most genes are under purifying selection. Comparison of these estimates among contigs identified major functional classes of genes under purifying and diversifying selection in agreement with previous researches. Conclusion In providing an abundance of foundational transcript sequences where limited prior genomic information existed, this work created part of the foundation for the annotation of the E. grandis genome that is being sequenced by the US Department of Energy. In addition we demonstrated that SNPs sampled in large-scale with 454 pyrosequencing can be used to detect evolutionary signatures among genes, providing one of the first genome-wide assessments of nucleotide diversity and Ka/Ks for a non-model plant species.

Background Wider genome coverage and higher throughput genotyping methods have become increasingly important to meet the resolution and speed necessary for a variety of applications in genomics and molecular breeding of forest trees. Developed more than 10 years ago [1], the Diversity Arrays Technology (DArT) has experienced an increasing interest worldwide for it has efficiently satisfied the requirements of throughput, genome coverage and inter-specific transferability for over 40 different plant species to date, including Eucalyptus[2] and recently Pinus (Dione Alves-Freitas, this meeting). DArT is based on genome complexity reduction using restriction enzymes, followed by hybridization to microarrays to simultaneously assay hundreds to thousands of markers across a genome. Genome complexity reduction for genotyping has now been taken to another level when combined to next generation sequencing (NGS) technologies. Such a strategy has been used for rapid SNP discovery in different organisms [3], and proposed as a way to genotype with RAD (Restriction-associated DNA) sequencing [4]and recently by a similar method generally termed GbS (Genotyping-by-Sequencing)[5]. In this work we assessed the power of the now well established DArT marker platform in combination with Illumina short read sequencing to generate a linkage map for a segregating outcrossed F1 population derived from E. grandis BRASUZ1, the donor of the Eucalyptus reference genome.

Featured paper: See also the Commentary by Ellis

• Genomic selection is increasingly considered vital to accelerate genetic improvement. However, it is unknown how accurate genomic selection prediction models remain when used across environments and ages. This knowledge is critical for breeders to apply this strategy in genetic improvement. • Here, we evaluated the utility of genomic selection in a Pinus taeda population of c. 800 individuals clonally replicated and grown on four sites, and genotyped for 4825 single-nucleotide polymorphism (SNP) markers. Prediction models were estimated for diameter and height at multiple ages using genomic random regression best linear unbiased predictor (BLUP). • Accuracies of prediction models ranged from 0.65 to 0.75 for diameter, and 0.63 to 0.74 for height. The selection efficiency per unit time was estimated as 53–112% higher using genomic selection compared with phenotypic selection, assuming a reduction of 50% in the breeding cycle. Accuracies remained high across environments as long as they were used within the same breeding zone. However, models generated at early ages did not perform well to predict phenotypes at age 6 yr. • These results demonstrate the feasibility and remarkable gain that can be achieved by incorporating genomic selection in breeding programs, as long as models are used at the relevant selection age and within the breeding zone in which they were estimated.

Abstract The status of genomics and genetics research in the Myrtaceae, a large family of dicotyledonous woody plants, is reviewed with Eucalyptus as the focal genus. The family contains over 5,650 species in 130 to 150 genera, predominantly of neo-tropical and Southern Hemisphere distribution. Several genera are well known for their economic importance worldwide. Myrtaceae are typically diploids with small to intermediate genome size. Microsatellites have been developed for several genera while higher throughput marker systems such as diversity arrays technology and single nucleotide polymorphism are available for Eucalyptus . Molecular data have been fundamental to current perspectives on the phylogeny, phylogeography and taxonomy of the Myrtaceae, while numerous studies of genetic diversity have been carried out particularly as it relates to endangered, rare, fragmented, overharvested or economically important species. Large expressed sequence tag collections for species of Eucalyptus have recently become public to support the annotation of the Eucalyptus grandis genome. Transcriptomics in Eucalyptus has advanced by microarrays and next-generation sequencing focusing on wood development. Linkage maps for Eucalyptus display high synteny across species and have been extensively used to map quantitative trait loci for a number of traits including growth, wood quality, disease and insect resistance. Candidate gene-based association genetics have successfully found marker–trait associations for wood and fiber traits. Genomic selection experiments have demonstrated clear potential to improve the efficiency of breeding programs while freeze-tolerant transgenic Eucalyptus trials have recently been initiated. The recently released E. grandis genome, sequenced to an average coverage of 8×, will open up exceptional opportunities to advance Myrtaceae genetics and genomics research.

Modern genotyping techniques, such as SNP analysis and genotyping by sequencing (GBS), are hampered by poor DNA quality and purity, particularly in challenging plant species, rich in secondary metabolites. We therefore investigated the utility of a pre-wash step using a buffered sorbitol solution, prior to DNA extraction using a high salt CTAB extraction protocol, in a high throughput or miniprep setting. This pre-wash appears to remove interfering metabolites, such as polyphenols and polysaccharides, from tissue macerates. We also investigated the adaptability of the sorbitol pre-wash for RNA extraction using a lithium chloride-based protocol. The method was successfully applied to a variety of tissues, including leaf, cambium and fruit of diverse plant species including annual crops, forest and fruit trees, herbarium leaf material and lyophilized fungal mycelium. We consistently obtained good yields of high purity DNA or RNA in all species tested. The protocol has been validated for thousands of DNA samples by generating high data quality in dense SNP arrays. DNA extracted from Eucalyptus spp. leaf and cambium as well as mycelium from Trichoderma spp. was readily digested with restriction enzymes and performed consistently in AFLP assays. Scaled-up DNA extractions were also suitable for long read sequencing. Successful RNA quality control and good RNA-Seq data for Eucalyptus and cashew confirms the effectiveness of the sorbitol buffer pre-wash for high quality RNA extraction.

ABSTRACT Gene functional descriptions, which are typically derived from sequence similarity to experimentally validated genes in a handful of model species, offer a crucial line of evidence when searching for candidate genes that underlie trait variation. Plant responses to environmental cues, including gene expression regulatory variation, represent important resources for understanding gene function and crucial targets for plant improvement through gene editing and other biotechnologies. However, even after years of effort and numerous large-scale functional characterization studies, biological roles of large proportions of protein coding genes across the plant phylogeny are poorly annotated. Here we describe the Joint Genome Institute (JGI) Plant Gene Atlas, a public and updateable data resource consisting of transcript abundance assays from 2,090 samples derived from 604 tissues or conditions across 18 diverse species. We integrated across these diverse conditions and genotypes by analyzing expression profiles, building gene clusters that exhibited tissue/condition specific expression, and testing for transcriptional modulation in response to environmental queues. For example, we discovered extensive phylogenetically constrained and condition-specific expression profiles across many gene families and genes without any functional annotation. Such conserved expression patterns and other tightly co-expressed gene clusters let us assign expression derived functional descriptions to 64,620 genes with otherwise unknown functions. The ever-expanding Gene Atlas resource is available at JGI Plant Gene Atlas ( https://plantgeneatlas.jgi.doe.gov ) and Phytozome ( https://phytozome-next.jgi.doe.gov ), providing bulk access to data and user-specified queries of gene sets. Combined, these web interfaces let users access differentially expressed genes, track orthologs across the Gene Atlas plants, graphically represent co-expressed genes, and visualize gene ontology and pathway enrichments.