Barley (Hordeum vulgare L.) is among the world’s earliest domesticated and most important crop plants. It is diploid with a large haploid genome of 5.1 gigabases (Gb). Here we present an integrated and ordered physical, genetic and functional sequence resource that describes the barley gene-space in a structured whole-genome context. We developed a physical map of 4.98 Gb, with more than 3.90 Gb anchored to a high-resolution genetic map. Projecting a deep whole-genome shotgun assembly, complementary DNA and deep RNA sequence data onto this framework supports 79,379 transcript clusters, including 26,159 ‘high-confidence’ genes with homology support from other plant genomes. Abundant alternative splicing, premature termination codons and novel transcriptionally active regions suggest that post-transcriptional processing forms an important regulatory layer. Survey sequences from diverse accessions reveal a landscape of extensive single-nucleotide variation. Our data provide a platform for both genome-assisted research and enabling contemporary crop improvement. An integrated high-resolution genetic, physical and shotgun sequence assembly of the barley genome, one of the earliest domesticated and most important crops, is described; it will provide a platform for genome-assisted research and future crop improvement. Two groups in this issue report the compilation and analysis of the genome sequences of major cereal crops — bread wheat and barley — providing important resources for future crop improvement. Bread wheat accounts for one-fifth of the calories consumed by humankind. It has a very large and complex hexaploid genome of 17 Gigabases. Michael Bevan and colleagues have analysed the genome using 454 pyrosequencing and compared it with diploid ancestral and progenitor genomes. The authors discovered significant loss of gene family members upon polyploidization and domestication, and expansion of gene classes that may be associated with crop productivity. Barley is one of the earliest domesticated plant crops. Although diploid, it has a very large genome of 5.1 Gigabases. Nils Stein and colleagues describe a physical map anchored to a high-resolution genetic map, on top of which they have overlaid a deep whole-genome shotgun assembly, cDNA and RNA-seq data to provide the first in-depth genome-wide survey of the barley genome.

We used a novel approach that incorporated chromosome sorting, next-generation sequencing, array hybridization, and systematic exploitation of conserved synteny with model grasses to assign ~86% of the estimated ~32,000 barley (Hordeum vulgare) genes to individual chromosome arms. Using a series of bioinformatically constructed genome zippers that integrate gene indices of rice (Oryza sativa), sorghum (Sorghum bicolor), and Brachypodium distachyon in a conserved synteny model, we were able to assemble 21,766 barley genes in a putative linear order. We show that the barley (H) genome displays a mosaic of structural similarity to hexaploid bread wheat (Triticum aestivum) A, B, and D subgenomes and that orthologous genes in different grasses exhibit signatures of positive selection in different lineages. We present an ordered, information-rich scaffold of the barley genome that provides a valuable and robust framework for the development of novel strategies in cereal breeding.

ABSTRACT In flowering plants, successful germinal cell development and meiotic recombination depend upon a combination of environmental and genetic factors. To gain insights into this specialised reproductive development programme we used short- and long-read RNA-sequencing (RNA-seq) to study the temporal dynamics of transcript abundance in immuno-cytologically staged barley ( Hordeum vulgare ) anthers and meiocytes. We show that the most significant transcriptional changes occur at the transition from pre-meiosis to leptotene–zygotene, which is followed by largely stable transcript abundance throughout prophase I. Our analysis reveals that the developing anthers and meiocytes are enriched in long non-coding RNAs (lncRNAs) and that entry to meiosis is characterized by their robust and significant down regulation. Intriguingly, only 24% of a collection of putative meiotic gene orthologues showed differential transcript abundance in at least one stage or tissue comparison. Changes in the abundance of numerous transcription factors, representatives of the small RNA processing machinery, and post-translational modification pathways highlight the complexity of the regulatory networks involved. These developmental, time-resolved, and dynamic transcriptomes increase our understanding of anther and meiocyte development and will help guide future research. One sentence summary Analysis of RNA-seq data from meiotically staged barley anthers and meiocytes highlights the role of lncRNAs within a complex network of transcriptional and post-transcriptional regulation accompanied by a hiatus in differential gene expression during prophase I. The author responsible for distribution of materials integral to the findings presented in this article in accordance with the policy described in the Instructions for Authors ( www.plantcell.org ) is: Robbie Waugh ( robbie.waugh@hutton.ac.uk )

Abstract A prerequisite to exploiting soil microbes for sustainable crop production is the identification of the plant genes shaping microbiota composition in the rhizosphere, the interface between roots and soil. Here we use metagenomics information as an external quantitative phenotype to map the host genetic determinants of the rhizosphere microbiota in wild and domesticated genotypes of barley, the fourth most cultivated cereal globally. We identify a small number of loci with a major effect on the composition of rhizosphere communities. One of those, designated the QRMC-3HS , emerges as a major determinant of microbiota composition. We subject soil-grown sibling lines harbouring contrasting alleles at QRMC-3HS and hosting contrasting microbiotas to comparative root RNA-seq profiling. This allows us to identify three primary candidate genes, including a Nucleotide-Binding-Leucine-Rich-Repeat ( NLR ) gene in a region of structural variation of the barley genome. Our results provide insights into the footprint of crop improvement on the plant’s capacity of shaping rhizosphere microbes.

Abstract Microbial communities proliferating at the root-soil interface, collectively referred to as the rhizosphere microbiota, represent an untapped beneficial resource for plant growth, development and health. Integral to a rational manipulation of the microbiota for sustainable agriculture is the identification of the molecular determinants of these communities. In plants, biosynthesis of allelochemicals is centre stage in defining inter-organismal relationships in the environment. Intriguingly, this process has been moulded by domestication and breeding selection. The indole-alkaloid gramine, whose occurrence in barley ( Hordeum vulgare L.) is widespread among wild genotypes but has been counter selected in several modern varieties, is a paradigmatic example of this phenomenon. This prompted us to investigate how exogenous applications of gramine impacted on the rhizosphere microbiota of two, gramine-free, elite barley varieties grown in a reference agricultural soil. High throughput 16S rRNA gene amplicon sequencing revealed that applications of gramine interfere with the proliferation of a subset of soil microbes with a relatively broad phylogenetic assignment. Strikingly, growth of these bacteria appeared to be rescued by barley plants in a genotype- and dosage-independent manner. In parallel, we discovered that host recruitment cues can interfere with the impact of gramine application in a host genotype-dependent manner. Interestingly, this latter effect displayed a bias for members of the phyla Proteobacteria. These initial observations indicate that gramine can act as a determinant of the prokaryotic communities inhabiting the root-soil interface.

Background: Since the dawn of agriculture, human selection on plants has progressively differentiated input-demanding productive crops from their wild progenitors thriving in marginal areas. Barley (Hordeum vulgare), the fourth most cultivated cereal globally, is a prime example of this process. We previously demonstrated that wild and domesticated barley genotypes host distinct microbial communities in their rhizosphere. Here we tested the hypothesis that microbiota diversification is modulated by, and in response to, nitrogen (N) application in soil and we assessed the impact of microbiota composition on plant growth. Methods: We grew two wild (H. vulgare ssp. spontaneum) and a modern domesticated (H. vulgare ssp. vulgare) barley genotypes in an agricultural soil amended with and without nitrogen (N) inputs. By using a two-pronged 16S rRNA gene survey and a shotgun metagenomics approach, we determined the impact of N application on the taxonomic composition of the barley microbiota as well as the functional diversification of microbial communities exposed to limiting nitrogen supplies. In parallel, we used metagenomics reads to reconstruct genomes of individual bacterial members of the microbiota. Finally, we implemented a plant-soil feedback experiment to assess the microbiota contribution to plant growth. Results: Rhizosphere profiles were distinct from unplanted soil controls and displayed a significant, plant-mediated, N application-dependent taxonomic diversification which is maximised under N-limiting conditions. Strikingly, this diversification mirrors a metabolic specialisation of the barley microbiota, with functions implicated in nitrogen and sulphur metabolism enriched in a wild genotype as opposed to the RNA and cell capsule metabolisms enriched in a modern genotype. We reconstruct 28 high-quality individual bacterial genomes with a bias for Bacteroidetes and Proteobacteria, which are among the taxa differentially recruited between wild and modern genotypes. A plant-soil feedback experiment revealed that modern plants exposed to heat-sterilised soils grew less compared to plants maintained in untreated soils, although this difference was significant only for plants exposed to the wild barley microbiota. Conclusions: Our results point at nitrogen availability as a modulator of the structural and functional configuration of the rhizosphere bacterial communities and suggest a limited, but significant, contribution of the wild barley microbiota to plant growth. This knowledge will contribute to devise strategies to enhance sustainable crop production.

The microbiota thriving in the rhizosphere, the thin layer of soil surrounding plant roots, plays a critical role in plants adaptation to the environment. Domestication and breeding selection have progressively differentiated the microbiota of modern crops from the ones of their wild ancestors. However, the impact of eco-geographical constraints faced by domesticated plants and crop wild relatives on recruitment and maintenance of the rhizosphere microbiota remains to be fully elucidated. Here we performed a comparative 16S rRNA gene survey of the rhizosphere of 4 domesticated and 20 wild barley (Hordeum vulgare) genotypes grown in an agricultural soil under controlled environmental conditions. We demonstrated the enrichment of individual bacteria mirrored the distinct eco-geographical constraints faced by their host plants. Unexpectedly, Elite varieties exerted a stronger genotype effect on the rhizosphere microbiota when compared with wild barley genotypes adapted to desert environments with a preferential enrichment for members of Actinobacteria. Finally, in wild barley genotypes, we discovered a limited, but significant, correlation between microbiota diversity and host genomic diversity. Our results revealed a footprint of the host adaptation to the environment on the assembly of the bacteria thriving at the root-soil interface. In the tested conditions, this recruitment cue layered atop of the distinct evolutionary trajectories of wild and domesticated plants and, at least in part, is encoded by the barley genome. This knowledge will be critical to design experimental approaches aimed at elucidating the recruitment cues of the barley microbiota across a range of soil types.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

ABSTRACT Winter dormancy is a key process in the phenology of temperate perennials. The changing climate is severely impacting its course leading to economic losses in agriculture. A better understanding of the underlying mechanisms, as well as the genetic basis of the different responses, are necessary for the development of climate-resilient cultivars. This study aims to provide an insight into winter dormancy in red raspberry ( Rubus idaeus L). We report the transcriptomic profiles during dormancy in two raspberry cultivars with contrasting responses. The cultivar ‘Glen Ample’ showed a typical perennial phenology, whereas ‘Glen Dee’ registered consistent dormancy dysregulation, exhibiting active growth and flowering out of season. RNA-seq combined with weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) highlighted gene clusters in both genotypes that exhibited time-dependent expression profiles, Functional analysis of ‘Glen Ample’ gene clusters highlighted the significance of the cell and structural development prior to dormancy entry as well the role of genetic and epigenetic processes such as RNAi and DNA methylation in regulating gene expression. On the contrary, dormancy release in ‘Glen Ample’ was associated with upregulation of transcripts associated with the resumption of metabolism, nucleic acid biogenesis and processing signal response pathways. Many of the processes occurring in ‘Glen Ample’ were dysregulated in ‘Glen Dee’ and twenty-eight transcripts exhibiting time-dependent expression in ‘Ample’ that also had an Arabidopsis homologue were not found in all samples from ‘Glen Dee’. These included a gene with homology to Arabidopsis VRN1 ( RiVRN1.1 ) that exhibited a sharp decline in expression following dormancy induction in Glen Ample. Characterisation of the gene region in the ‘Glen Dee’ genome revealed two large insertions upstream of the ATG start codon. We propose that non-expression of a specific VRN1 homologue in ‘Glen Dee’ causes dormancy misregulation as a result of inappropriate expression of a subset of genes that are directly or indirectly regulated by RiVRN1.1 . HIGHLIGHT The raspberry cultivar Glen Dee exhibits aberrant winter dormancy status associated with insertions in the upstream promoter region of a VRN1 ( RiVRN1.1 ) homologue that silence expression, allowing the identification of dormancy-associated genetic modules that are regulated by RiVRN1.1 .

Current crop protection strategies against the fungal pathogen Botrytis cinerea rely on a combination of conventional fungicides and host genetic resistance. However, due to pathogen evolution and legislation in the use of fungicides, these strategies are not sufficient to protect plants against this pathogen. Defence elicitors can stimulate plant defence mechanisms through a phenomenon known as priming. Priming results in a faster and/or stronger expression of resistance upon pathogen recognition by the host. This work aims to study priming of a commercial formulation of the elicitor chitosan. Treatments with chitosan result in induced resistance in solanaceous and brassicaceous plants. In tomato plants, enhanced resistance has been linked with priming of callose deposition and accumulation of the plant hormone jasmonic acid (JA). Large-scale transcriptomic analysis revealed that chitosan primes gene expression at early time-points after infection. In addition, two novel tomato genes with a characteristic priming profile were identified, Avr9/Cf-9 rapidly-elicited protein 75 (ACRE75) and 180 (ACRE180). Transient and stable overexpression of ACRE75, ACRE180 and their Nicotiana benthamiana homologs, revealed that they are positive regulators of plant resistance against B. cinerea. This provides valuable information in the search for strategies to protect Solanaceae plants against B. cinerea.

Food-borne illness arising from Shiga-toxigenic Escherichia coli (STEC) is often linked to consumption of fruit and vegetables as the bacteria have the ability to interact with plants and use them as alternative or secondary hosts. The initial stages of the interaction involve chemotaxis, attachment and potentially, responding to the early stages of microbe perception by the plant host. We used a high-throughput positive-selection approach to identify early interaction factors of E. coli O157:H7 isolate Sakai to spinach. A bacterial artificial chromosome (BAC) clone library was quantified by microarray hybridisation, and gene loci enrichment measured using a Bayesian hierarchical model. The screen of four successive rounds of short-term (2 hour) interaction with spinach roots produced in 115 CDS credible candidates, comprising seven contiguous genomic regions. Two candidate regions were selected for functional assessment: a chaperone-usher fimbrial gene cluster (loc6) and the pO157 plasmid-encoded type two secretion system (T2SS). Interaction of bacteria with spinach tissue was reduced in the absence of the pO157 plasmid, which was appeared to involve the T2SS EtpD secretin protein, whereas loss of loc6 did not impact interactions. The T2SS genes, etpD and etpC, were expressed at a plant-relevant temperature of 18 oC, and etpD expressed in planta by E. coli Sakai on spinach plants. Thus, a whole genome screening approach using a combination of computational modelling and functional assays has identified a novel function for STEC T2SS in interactions with plant tissue.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.