Cereal grasses of the Triticeae tribe have been the major food source in temperate regions since the dawn of agriculture. Their large genomes are characterized by a high content of repetitive elements and large pericentromeric regions that are virtually devoid of meiotic recombination. Here we present a high-quality reference genome assembly for barley (Hordeum vulgare L.). We use chromosome conformation capture mapping to derive the linear order of sequences across the pericentromeric space and to investigate the spatial organization of chromatin in the nucleus at megabase resolution. The composition of genes and repetitive elements differs between distal and proximal regions. Gene family analyses reveal lineage-specific duplications of genes involved in the transport of nutrients to developing seeds and the mobilization of carbohydrates in grains. We demonstrate the importance of the barley reference sequence for breeding by inspecting the genomic partitioning of sequence variation in modern elite germplasm, highlighting regions vulnerable to genetic erosion. The International Barley Genome Sequencing Consortium reports sequencing and assembly of a reference genome for barley, Hordeum vulgare. Triticeae grasses, which include barley, wheat and rye, are widely cultivated plants with particularly complex genomes and evolutionary histories. Sequencing of the barley genome has been particularly challenging owing to its large size and particular genomic features, such as an abundance of repetitive elements. Nils Stein and colleagues of the International Barley Genome Sequencing Consortium report sequencing and assembly of a reference genome for barley (Hordeumvulgare L). They use a combined approach of hierarchical shotgun sequencing of bacterial artificial chromosomes, genome mapping on nanochannel arrays and chromosome-scale scaffolding with Hi-C sequencing. This brings the first comprehensive, completely ordered assembly of the pericentromeric regions of a Triticeae genome. The authors also sequenced and examined genetic diversity in the exomes of 96 European elite barley lines with a spring or winter growth habit, and highlight the utility of this resource for cereal genomics and breeding programs.

Abstract Genetic diversity is key to crop improvement. Owing to pervasive genomic structural variation, a single reference genome assembly cannot capture the full complement of sequence diversity of a crop species (known as the ‘pan-genome’ 1 ). Multiple high-quality sequence assemblies are an indispensable component of a pan-genome infrastructure. Barley ( Hordeum vulgare L.) is an important cereal crop with a long history of cultivation that is adapted to a wide range of agro-climatic conditions 2 . Here we report the construction of chromosome-scale sequence assemblies for the genotypes of 20 varieties of barley—comprising landraces, cultivars and a wild barley—that were selected as representatives of global barley diversity. We catalogued genomic presence/absence variants and explored the use of structural variants for quantitative genetic analysis through whole-genome shotgun sequencing of 300 gene bank accessions. We discovered abundant large inversion polymorphisms and analysed in detail two inversions that are frequently found in current elite barley germplasm; one is probably the product of mutation breeding and the other is tightly linked to a locus that is involved in the expansion of geographical range. This first-generation barley pan-genome makes previously hidden genetic variation accessible to genetic studies and breeding.

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.

The future of plant cultivar improvement lies in the evaluation of genetic resources from currently available germplasm. Recent efforts in plant breeding have been aimed at developing new and improved varieties from poorly adapted crops to suit local environments. However, the impact of these breeding efforts is poorly understood. Here, we assess the contributions of both historical and recent breeding efforts to local adaptation and crop improvement in a global barley panel by analysing the distribution of genetic variants with respect to geographic region or historical breeding category. By tracing the impact breeding had on the genetic diversity of barley released in Australia, where the history of barley production is relatively young, we identify 69 candidate regions within 922 genes that were under selection pressure. We also show that modern Australian barley varieties exhibit 12% higher genetic diversity than historical cultivars. Finally, field-trialling and phenotyping for agriculturally relevant traits across a diverse range of Australian environments suggests that genomic regions under strong breeding selection and their candidate genes are closely associated with key agronomic traits. In conclusion, our combined dataset and germplasm collection provide a rich source of genetic diversity that can be applied to understanding and improving environmental adaptation and enhanced yields.

Abstract Biosecurity activities primarily include pre‐border and border quarantine, post‐border surveillance and post‐border eradication. Budget allocated to quarantine and surveillance activities ultimately influence the expenditure and success rate of eradication campaigns. Optimal portfolio allocation examined in previous research is susceptible to potential severe uncertainties existing in ecology and in the behaviour of invasive species itself. These uncertainties, together with a limited budget, make it difficult for decision makers to allocate the total management budget to each biosecurity activity in a robust manner. Info‐gap decision theory is applied to model the severe uncertainty in invasive species management, and robust optimize the total management cost. This research shows that using a combination of pre‐border and border quarantine (to reduce the incursion probability) and post‐border surveillance (to enable early detection and rapid response), enables decision makers to be more robust to potential uncertainty. Further, it is reported that investment in quarantine that is more cost‐effective should outweigh that in surveillance, in line with precautionary principle. Increasing the estimated population threshold for surveillance detection also gains more robustness. Synthesis and applications : Portfolio allocation options developed in this research provide decision makers with a way to manage the invasive species spatially, cost‐effectively and confidently by allocating the total management budget in a robust manner. The methods outlined in this research can not only be applied to invasive species, but also the conservation of endangered species that are constrained by severe uncertainty in ecological modelling and limited resources.