Abstract Aegilops tauschii, the diploid wild progenitor of the D-subgenome of bread wheat, constitutes a reservoir of genetic diversity for improving bread wheat performance and environmental resilience. To better define and understand this diversity, we sequenced 242 Ae. tauschii accessions and compared them to the wheat D-subgenome. We characterized a rare, geographically-restricted lineage of Ae. tauschii and discovered that it contributed to the wheat D-subgenome, thereby elucidating the origin of bread wheat from at least two independent hybridizations. We then used k -mer-based association mapping to identify discrete genomic regions with candidate genes for disease and pest resistance and demonstrated their functional transfer into wheat by transgenesis and wide crossing, including the generation of a library of ‘synthetic’ hexaploids incorporating diverse Ae. tauschii genomes. This pipeline permits rapid trait discovery in the diploid ancestor through to functional genetic validation in a hexaploid background amenable to breeding.

Bread wheat (Triticum aestivum) is a globally dominant crop and major source of calories and proteins for the human diet. Compared with its wild ancestors, modern bread wheat shows lower genetic diversity, caused by polyploidisation, domestication and breeding bottlenecks1,2. Wild wheat relatives represent genetic reservoirs, and harbour diversity and beneficial alleles that have not been incorporated into bread wheat. Here we establish and analyse extensive genome resources for Tausch's goatgrass (Aegilops tauschii), the donor of the bread wheat D genome. Our analysis of 46 Ae. tauschii genomes enabled us to clone a disease resistance gene and perform haplotype analysis across a complex disease resistance locus, allowing us to discern alleles from paralogous gene copies. We also reveal the complex genetic composition and history of the bread wheat D genome, which involves contributions from genetically and geographically discrete Ae. tauschii subpopulations. Together, our results reveal the complex history of the bread wheat D genome and demonstrate the potential of wild relatives in crop improvement. Analysis of 46 newly sequenced or re-sequenced Tausch's goatgrass (Aegilops tauschii) accessions establishes the origin of the bread wheat (Triticum aestivum) D genome from genetically and geographically discrete Ae. tauschii subpopulations.

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.

ABSTRACT Bacterial leaf streak, blight and black chaff caused by Xanthomonas translucens pathovars are major diseases affecting small grains. Xanthomonas translucens pv. translucens and X. translucens pv. undulosa are seedborne pathogens that cause similar symptoms on barley, but only X. translucens pv. undulosa causes bacterial leaf streak of wheat. Recent outbreaks of X. translucens have been a concern for wheat and barley growers in the Northern Great Plains and Upper Midwest; however, there are limited diagnostic tools for pathovar differentiation. We developed a multiplex PCR based on whole-genome differences to distinguish X. translucens pv. translucens and X. translucens pv. undulosa . We validated the primers across different Xanthomonas and non- Xanthomonas strains. To our knowledge, these are the first multiplex PCR to distinguish X. translucens pv. translucens and X. translucens pv. undulosa . These molecular tools will support disease management strategies enabling detection and pathovar incidence analysis of X. translucens .

Abstract The population structure of crop pathogens such as Puccinia striiformis f. sp. tritici ( Pst ); the cause of wheat stripe rust, is of interest to researchers looking to understand these pathogens on a molecular level, as well as those with an applied focus such as disease epidemiology. Cereal rusts can reproduce sexually or asexually, and the introduction of novel genetic lineages has the potential to cause serious epidemics such as the one caused by ‘Warrior’ lineage in Europe. In a global context, Pst lineages in Canada were not well-characterized and origin of foreign incursions was not known. We used a whole-genome/transcriptome sequencing approach for the Canadian Pst population to identify lineages in a global context, origin, and evidence for foreign incursion. More importantly, for the first time ever, we identified nine alleles of the homeodomain mating-type locus in the worldwide Pst population and show that previously identified lineages generally exhibit a single pair of these alleles. In addition, we find only two pheromone receptor alleles. We show that the recent population shift from the ‘ PstS1’ lineage to the ‘ PstS1-related’ lineage is also associated with the introduction of a novel mating-type allele ( b-3 ) to the Canadian population. We also show evidence for high levels of mating-type diversity in samples associated with the Himalayan center of diversity for Pst , including a single Canadian race previously identified as ‘ PstPr’ (probable recombinant) which we identify as a foreign incursion from China circa. 2010. These data provide comprehensive details on the population biology of Canadian Pst diversity and mating-type alleles in the global Pst population which can be utilized in testing several research questions and hypotheses around sexuality and parasexuality in rust fungi.

Triticale (× Triticosecale), was initially produced by crossing wheat (Triticum) with rye (Secale). Although still a minor crop in Canada, triticale grain is used both as human food (in bread, pastry products, and the brewing industry) and as livestock feed (Larter 2015). In September 2023 typical leaf rust samples were observed and collected in winter Triticale at Lacombe, Alberta. Typical exposed rust colored uredinia were mainly on adaxial leaf surface. Urediniospores obovoid, ellipsoid or globoid, measured 24-33 × 19-26 µm; with yellow-brown echinulate wall 1-1.5 µm thick. These spores mostly had 8 to 9 scattered germ pores, approximately bizonate with moderate to strong internal ring. Telia not present. Due to the absence of the telial stage, the morphological features of uredinia and urediniospores align our species with Puccinia triticina and P. recondita. These species have overlapping uredinial characteristics and can potentially both cause disease on Triticale (Yekelo et al. 2019). For testing pathogenicity on Triticale, two-week-old winter Triticale seedlings were infected with single pustule isolate from the Albertan leaf rust sourced from Triticale (AB-1). For seedling inoculation, we used 20 mg of pure urediniospores suspended in 5–6 ml of NOVEC 7100™ Engineered fluid, applied with an airbrush compressor system equipped with a 0.3 mm nozzle. All inoculated plants were kept in a dew chamber at 13°C for 24 hours in the dark, and then transferred to a Reach-In growth chamber with a 16-hour photoperiod (21°C day/15°C night). After 10 days, all inoculated seedlings showed uredinia. Control plants that were only sprayed with NOVEC 7100 and kept under the same conditions remained healthy, showing no rust symptoms. To clarify the identity of leaf rust, we sequenced the nuclear ribosomal rRNA internal transcribed spacer region (ITS) and elongation factor 1 alpha gene (EF1-a) for both the field collection (DAOM 985259) and the single pustule inoculated collection (DAOM 985258) and the data were deposited in NCBI GenBank (accession # PQ317950 and PQ317949 for ITS and PQ338170 and PQ338169 for EF1-a, respectively). Obtained sequences of both field and the inoculated collections were identical and shared %100 identity with available sequences of P. triticina in GenBank (MT955180 for ITS and JX533504 for EF1-a) (Liu et al. 2013). To further investigate the pathogenicity of the Albertan leaf rust isolate (AB-1) on Triticale, we conducted additional rounds of inoculation tests. In those experiments, two-week-old seedlings of winter rye and Avocet wheat were inoculated under the above-mentioned conditions and methods. After 9 to 10 days, both rye and wheat plants showed uredinia on the infected leaves. This indicates that the Triticale isolate of leaf rust was capable of infecting rye and wheat in addition to Triticale. Since Triticale is primarily planted as a forage or cover crop, its susceptibility to wheat leaf rust could contribute to the build-up of inoculum and subsequent infection of commercial wheat crops (Yekelo et al. 2019). Our research showed, there was no record of leaf rust (P. triticina) on Triticale based on USDA Fungal Databases (https://fungi.ars.usda.gov/) and also no herbarium specimen of leaf rust on Triticale in Canada and United States based on MyCoPortal (https://www.mycoportal.org). To our knowledge this is the first morphologically and molecularly documented report of P. triticina on Triticale in Alberta and probably in Canada.

Bread wheat (Triticum aestivum) is a globally dominant crop and major source of calories and proteins for the human diet. Compared to its wild ancestors, modern bread wheat shows lower genetic diversity caused by polyploidisation, domestication, and breeding bottlenecks. Wild wheat relatives represent genetic reservoirs, harbouring diversity and beneficial alleles that have not been incorporated into bread wheat. Here, we establish and analyse pangenome resources for Tausch9s goatgrass, Aegilops tauschii, the donor of the bread wheat D genome. This new pangenome facilitated the cloning of a disease resistance gene and haplotype analysis across a complex disease resistance locus, allowing us to discern alleles from paralogous gene copies. We also reveal the complex genetic composition and history of the bread wheat D genome, involving previously unreported contributions from genetically and geographically discrete Ae. tauschii subpopulations. Together, our results reveal the complex history of the bread wheat D genome and demonstrate the potential of wild relatives in crop improvement.

Wheat nurseries and fields throughout Canada were surveyed annually, from 2020 to 2023, for the presence of leaf rust, caused by Puccinia triticina Erikss. Infected leaves were collected, then single pustule isolates were analyzed for virulence on a set of 16 differential lines. In 2020 there were 29 unique virulence phenotypes found among 230 isolates, in 2021 there were 37 unique virulence phenotypes found from 153 isolates, in 2022, 47 unique phenotypes were found among 246 isolates, and there were 69 unique phenotypes among 384 isolates in 2023. The most common virulence phenotypes over this 4-year period from Manitoba and Saskatchewan were MNPS, TNBJ, MBDS and MLPS. In Ontario these were TCTS, MBTN and TBRD, while in Quebec these were MBTN, TCTS, MBPS and TBSJ. The smaller samples from Ontario and Quebec were more diverse than the larger samples from Manitoba and Saskatchewan. There were only 25 isolates analyzed from British Columbia, but four of the five unique virulence phenotypes found there, LBDS, LCDS, CCPN and NBDS, were not found in the rest of Canada during this period. Only eight isolates from Alberta were analyzed and they were similar to virulence phenotypes found in Manitoba and Saskatchewan. The frequencies of virulence to Lr9, Lr24 and Lr21 were higher in Manitoba and Saskatchewan than in Ontario and Quebec, though the reverse was true for Lr2a, Lr2c and Lr18. When representative isolates were tested on additional differential lines there was no virulence detected to Lr19, Lr29, Lr32, Lr52 and Lr22a.