Abstract With the decreasing cost and availability of many newly developed bioinformatics pipelines, next-generation sequencing (NGS) has revolutionized plant systematics in recent years. Genome skimming has been widely used to obtain high-copy fractions of the genomes, including plastomes, mitochondrial DNA (mtDNA), and nuclear ribosomal DNA (nrDNA). In this study, through simulations, we evaluated optimal (minimum) sequencing depth and performance for recovering single-copy nuclear genes (SCNs) from genome skimming data, by subsampling genome resequencing data and generating 10 datasets with different sequencing coverage in silico . We tested the performance of the four datasets (plastome, nrDNA, mtDNA, and SCNs) obtained from genome skimming based on phylogenetic analyses of the Vitis clade at the genus-level and Vitaceae at the family-level, respectively. Our results showed that optimal minimum sequencing depth for high-quality SCNs assembly via genome skimming was about 10× coverage. Without the steps of synthesizing baits and enrichment experiments, we showcase that deep genome skimming (DGS) is effective for capturing large datasets of SCNs, in addition to plastomes, mtDNA, and entire nrDNA repeats, and may serve as an economical alternative to the widely used target enrichment Hyb-Seq approach.

Abstract Phylogenetic networks, rather than purely bifurcating trees, more accurately depict the intricate evolutionary dynamics of most lineages, especially those characterized by extensive hybridization and allopolyploidization events. However, the challenges of achieving complete taxon sampling, and limited financial resources for studying non-model plant lineages, have hindered comprehensive and robust estimation of phylogenetic backbones with guidance from networks. The bellflower tribe, Campanuleae, characterized by a reticulate evolutionary history, serves as an ideal model to investigate how to diagnose nested ancient reticulation events. Here, by integrating multiple genomic data sources and a range of phylogenetic inference methods, we produced a robust phylogenetic backbone for the tribe Campanuleae. Our investigation of reticulate evolution indicates that hybridization and allopolyploidization were instrumental in shaping the diversity of the bellflower tribe, particularly during the initial diversification of the subtribe Phytematinae. Additionally, we ascertained that conflicting topologies resulting from distinct genomic datasets and inference methodologies significantly impact downstream estimates of divergence dating, ancestral area construction, and diversification rates. This study offers a universally relevant framework for deciphering how to use network-based phylogenetic structures using various genomic sources and inference methods. [Campanulaceae, Campanuleae, Cytonuclear discordance, paralog, phylogenomics, reticulate evolution]

Abstract Phylogenomic evidence from an increasing number of studies has demonstrated that different data sets and analytical approaches often reconstruct strongly supported but conflicting relationships. In this study, hundreds of single-copy nuclear (SCN) genes (785) and complete plastomes (75) were used to infer the phylogenetic relationships and estimate the historical biogeography of the apple genus Malus sensu lato, an economically important lineage disjunctly distributed in the Northern Hemisphere involved in known and suspected hybridization and allopolyploidy events. The nuclear phylogeny recovered the monophyly of Malus s.l. (including Docynia ); however, it was supported to be biphyletic in the plastid phylogeny. An ancient chloroplast capture event best explains the cytonuclear discordance that occurred in the Eocene in western North America. Our conflict analysis demonstrated that ILS, hybridization, and allopolyploidy could explain the widespread nuclear gene tree discordance. We detected one deep hybridization event ( Malus doumeri ) involving the ancestor of pome-bearing species and Docynia delavayi , and one recent hybridization event ( Malus coronaria ) between M. sieversii and a combined clade of M. ioensis and M. angustifolia . Furthermore, our historical biogeographic analysis combining living and fossil species supported a widespread East Asian-western North American origin of Malus s.l., followed by a series of extinction events in the Eocene in northern East Aisa and western North America. This study provides a valuable evolutionary framework for the breeding and crop improvement of apples and their close relatives.

Abstract Phylogenetic studies in the phylogenomics era have demonstrated that reticulate evolution greatly impedes the accuracy of phylogenetic inference, and consequently can obscure taxonomic treatments. However, the systematics community lacks a broadly applicable strategy for taxonomic delimitation in groups identified to have pervasive reticulate evolution. The red-fruit genus, Stranvaesia , provides an ideal model for testing the effect of reticulation on generic circumscription when hybridization and allopolyploidy define a group’s evolutionary history. Here, we conducted phylogenomic analyses integrating data from hundreds of single-copy nuclear (SCN) genes and plastomes, and interrogated nuclear paralogs to clarify the inter/intra-generic relationship of Stranvaesia and its allies in the framework of Maleae. Analyses of phylogenomic discord and phylogenetic networks showed that allopolyploidization and introgression promoted the origin and diversification of the Stranvaesia clade, a conclusion further bolstered by cytonuclear and gene tree discordance. The well-inferred phylogenetic backbone revealed an updated generic delimitation of Stranvaesia and a new genus, Weniomeles , characterized by purple-black fruits, trunk and/or branches with thorns, and fruit core with multilocular separated by a layer of sclereids and a cluster of sclereids at the top of the locules. Here, we highlight a broadly-applicable workflow for inferring how analyses of reticulate evolution in phylogenomic data can directly shape taxonomic revisions.

Abstract Sex-determining mechanism is still ambiguous for sea cucumber Holothuria scabra which only manifests gonochorism in gonad. In this study, proteomic analysis was employed to delineate sex-related proteins and genes in gonads of H. scabra , subsequently validated through Quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). A total of 5,313 proteins were identified via proteome sequencing. Among these, 817 proteins exhibited expression in both the ovary and testis, with 445 proteins displaying up-regulation and 372 proteins showing down-regulation. Furthermore, 136 and 69 proteins were identified as ovary-specific and testis-specific Differentially Abundant Proteins (DAPs), respectively. For the validation of 75 DAP coding genes, 9 genes were considered to be reliable. Notably, 25 ovary-bias proteins enriched in ribosome pathway strongly indicated the crucial role of ribosome in ovary. And 5S/18S rRNA ratio in H. Scabra may have potencial to establish a nondestructive method to distinguish sexes unambiguously. This study serves to furnish novel evidence pertaining to sex differences in H. scabra .

Abstract In contrast to the traditional Tree of Life (ToL) paradigm, the Web of Life (WoL) model provides a more nuanced and precise depiction of organismal phylogeny, particularly considering the prevalent incongruence observed among gene/species trees. The lack of a generalized pipeline for teasing apart potential evolutionary mechanisms—such as Incomplete Lineage Sorting (ILS), hybridization, introgression, polyploidization, and Whole-Genome Duplication—poses significant challenges to the delineation of the WoL. The pear genus Pyrus , characterized by extensive hybridization events, serves as an excellent model for investigating the WoL. This study introduces a novel Step-by-Step Exclusion (SSE) approach to deciphering the complexities inherent in the WoL. Our findings indicate: 1) ILS, rather than polyploidization, is identified as the primary driver behind the origin of Pyrus from the arid regions of the Himalayas-Central Asia; 2) the two subgenera of Pyrus have independent evolutionary trajectories, facilitated by the geographical barriers that arose via the uplift of the Tibetan Plateau and increased aridity in Central Asia; 3) ILS and hybridization have facilitated the diversification of Oriental pears, while hybridization alone has driven the reticulate evolution of Occidental pears; 4) the establishment of the Silk Road during the Han Dynasty acted as a conduit for genetic exchange between Occidental and Oriental pears. The novel SSE approach provides a universally applicable framework for investigating evolutionary mechanisms defining the WoL paradigm.