Abstract Arabidopsis thaliana is an important and long-established model species for plant molecular biology, genetics, epigenetics, and genomics. However, the latest version of reference genome still contains significant number of missing segments. Here, we report a high-quality and almost complete Col-0 genome assembly with two gaps (Col-XJTU) using combination of Oxford Nanopore Technology ultra-long reads, PacBio high-fidelity long reads, and Hi-C data. The total genome assembly size is 133,725,193 bp, introducing 14.6 Mb of novel sequences compared to the TAIR10.1 reference genome. All five chromosomes of Col-XJTU assembly are highly accurate with consensus quality (QV) scores > 60 (ranging from 62 to 68), which are higher than those of TAIR10.1 reference (QV scores ranging from 45 to 52). We have completely resolved chromosome (Chr) 3 and Chr5 in a telomere-to-telomere manner. Chr4 has been completely resolved except the nucleolar organizing regions, which comprise long repetitive DNA fragments. The Chr1 centromere (CEN1), reportedly around 9 Mb in length, is particularly challenging to assemble due to the presence of tens of thousands of CEN180 satellite repeats. Using the cutting-edge sequencing data and novel computational approaches, we assembled about 4 Mb of sequence for CEN1 and a 3.5-Mb-long CEN2. We investigated the structure and epigenetics of centromeres. We detected four clusters of CEN180 monomers, and found that the centromere-specific histone H3-like protein (CENH3) exhibits a strong preference for CEN180 cluster 3. Moreover, we observed hypomethylation patterns in CENH3-enriched regions. We believe that this high-quality genome assembly, Col-XJTU, would serve as a valuable reference to better understand the global pattern of centromeric polymorphisms, as well as genetic and epigenetic features in plants.

Abstract As the state-of-the-art sequencing technologies and computational methods enable investigation of challenging regions in the human genome, an update variant benchmark is demanded. Herein, we sequenced a Chinese Quartet, consisting of two monozygotic twin daughters and their biological parents, with multiple advanced sequencing platforms, including Illumina, BGI, PacBio, and Oxford Nanopore Technology. We phased the long reads of the monozygotic twin daughters into paternal and maternal haplotypes using the parent-child genetic map. For each haplotype, we utilized advanced long reads to generate haplotype-resolved assemblies (HRAs) with high accuracy, completeness, and continuity. Based on the ingenious quartet samples, novel computational methods, high-quality sequencing reads, and HRAs, we established a comprehensive variant benchmark, including 3,883,283 SNVs, 859,256 Indels, 9,678 large deletions, 15,324 large insertions, 40 inversions, and 31 complex structural variants shared between the monozygotic twin daughters. In particular, the preciously excluded regions, such as repeat regions and the human leukocyte antigen (HLA) region, were systematically examined. Finally, we illustrated how the sequencing depth correlated with the de novo assembly and variant detection, from which we learned that 30 × HiFi is a balance between performance and cost. In summary, this study provides high-quality haplotype-resolved assemblies and a variant benchmark for two Chinese monozygotic twin samples. The benchmark expanded the regions of the previous report and adapted to the evolving sequencing technologies and computational methods.

Background: Centromeres play a crucial and conserved role in cell division, although their composition and evolutionary history in green algae, the evolutionary ancestors of land plants, remains largely unknown. Results: We constructed near telomere-to-telomere (T2T) assemblies for two Trebouxiophyceae species, Chlorella sorokiniana NS4-2 and Chlorella pyrenoidosa DBH, with chromosome numbers of 12 and 13, and genome sizes of 58.11 Mb and 53.41 Mb, respectively. We identified and validated their centromere sequences using CENH3 ChIP-seq and found that, similar to humans and higher plants, the centromeric CENH3 signals of green algae display a pattern of hypomethylation. Interestingly, the centromeres of both species largely comprised transposable elements, although they differed significantly in their composition. Species within the Chlorella genus display a more diverse centromere composition, with major constituents including members of the LTR/Copia, LINE/L1, and LINE/RTEX families. This is in contrast to green algae including Chlamydomonas reinhardtii, Coccomyxa subellipsoidea, and Chromochloris zofingiensis, in which centromere composition instead has a pronounced single-element composition. Moreover, we observed significant differences in the composition and structure of centromeres among chromosomes with strong collinearity within the Chlorella genus, suggesting that centromeric sequence evolves more rapidly than sequence in non-centromeric regions. Conclusions: This study not only provides high-quality genome data for comparative genomics of green algae but gives insight into the composition and evolutionary history of centromeres in early plants, laying an important foundation for further research on their evolution.