Increasing our understanding of Earth’s biodiversity and responsibly stewarding its resources are among the most crucial scientific and social challenges of the new millennium. These challenges require fundamental new knowledge of the organization, evolution, functions, and interactions among millions of the planet’s organisms. Herein, we present a perspective on the Earth BioGenome Project (EBP), a moonshot for biology that aims to sequence, catalog, and characterize the genomes of all of Earth’s eukaryotic biodiversity over a period of 10 years. The outcomes of the EBP will inform a broad range of major issues facing humanity, such as the impact of climate change on biodiversity, the conservation of endangered species and ecosystems, and the preservation and enhancement of ecosystem services. We describe hurdles that the project faces, including data-sharing policies that ensure a permanent, freely available resource for future scientific discovery while respecting access and benefit sharing guidelines of the Nagoya Protocol. We also describe scientific and organizational challenges in executing such an ambitious project, and the structure proposed to achieve the project’s goals. The far-reaching potential benefits of creating an open digital repository of genomic information for life on Earth can be realized only by a coordinated international effort.

ABSTRACT Leptospira species colonize a significant proportion of rodent populations worldwide and produce life-threatening infections in accidental hosts, including humans. Complete genome sequencing of Leptospira interrogans serovar Copenhageni and comparative analysis with the available Leptospira interrogans serovar Lai genome reveal that despite overall genetic similarity there are significant structural differences, including a large chromosomal inversion and extensive variation in the number and distribution of insertion sequence elements. Genome sequence analysis elucidates many of the novel aspects of leptospiral physiology relating to energy metabolism, oxygen tolerance, two-component signal transduction systems, and mechanisms of pathogenesis. A broad array of transcriptional regulation proteins and two new families of afimbrial adhesins which contribute to host tissue colonization in the early steps of infection were identified. Differences in genes involved in the biosynthesis of lipopolysaccharide O side chains between the Copenhageni and Lai serovars were identified, offering an important starting point for the elucidation of the organism's complex polysaccharide surface antigens. Differences in adhesins and in lipopolysaccharide might be associated with the adaptation of serovars Copenhageni and Lai to different animal hosts. Hundreds of genes encoding surface-exposed lipoproteins and transmembrane outer membrane proteins were identified as candidates for development of vaccines for the prevention of leptospirosis.

Xanthomonas oryzae pv. oryzae causes bacterial blight of rice (Oryza sativa L.), a major disease that constrains production of this staple crop in many parts of the world. We report here on the complete genome sequence of strain PXO99A and its comparison to two previously sequenced strains, KACC10331 and MAFF311018, which are highly similar to one another.The PXO99A genome is a single circular chromosome of 5,240,075 bp, considerably longer than the genomes of the other strains (4,941,439 bp and 4,940,217 bp, respectively), and it contains 5083 protein-coding genes, including 87 not found in KACC10331 or MAFF311018. PXO99A contains a greater number of virulence-associated transcription activator-like effector genes and has at least ten major chromosomal rearrangements relative to KACC10331 and MAFF311018. PXO99A contains numerous copies of diverse insertion sequence elements, members of which are associated with 7 out of 10 of the major rearrangements. A rapidly-evolving CRISPR (clustered regularly interspersed short palindromic repeats) region contains evidence of dozens of phage infections unique to the PXO99A lineage. PXO99A also contains a unique, near-perfect tandem repeat of 212 kilobases close to the replication terminus.Our results provide striking evidence of genome plasticity and rapid evolution within Xanthomonas oryzae pv. oryzae. The comparisons point to sources of genomic variation and candidates for strain-specific adaptations of this pathogen that help to explain the extraordinary diversity of Xanthomonas oryzae pv. oryzae genotypes and races that have been isolated from around the world.

ABSTRACT Background Transposable elements (TEs) are major components of plant genomes. Despite being regarded as “junk DNA” at first, TEs play important roles for the organisms they are found in. The most obvious and easily recognizable effects caused by TEs result from their mobility, which can disrupt coding sequences or promoter regions. However, with the recent advances in transcriptomics, it is becoming increasingly evident that TEs can act as an additional layer of gene expression regulation through a number of processes, which can involve production of non-coding RNAs. Here, we describe how Tnt1, a stress-responsive LTR-retrotransposon, interferes with gene expression and modulate a number of developmental aspects in tobacco. Results Through an RNAi approach, we generated tobacco (HP) lines knocked-down for Tnt1 expression. Quantitative RT-PCR experiments confirm that Tnt1 is downregulated in HP lines after ethylene exposure. A RNA-seq experiment was performed and through two independent bioinformatic approaches (with different stringencies) we found 932 and 97 differentially expressed genes in HP lines. A number of phenotypes were observed in such lines, namely lesion mimicry in leaves, underdevelopment of the root system, overproduction of root hairs and early loss of seed viability. Folding prediction of part of the Tnt1 mRNA reveals putative stem-loop secondary structures containing transcriptional regulation sequences, suggesting it could be a source of small RNAs. We also propose a model to explain the Tnt1 expression in both homeostatic and stress conditions, and how it could interact with stress-responsive genes. Conclusions Our results are consistent that interferences with Tnt1 transcript levels correlate with transcriptomic and phenotypic changes, suggesting a functional role for this element during plant development and stress response.

Molecular evolution analysis typically involves identifying selection pressure and reconstructing evolutionary trends. This process usually necessitates access to specific data related to a target gene or gene family within a particular group of organisms. While recent advancements in high-throughput sequencing techniques have resulted in the rapid accumulation of extensive genomics and transcriptomics data and the creation of new databases in public repositories, extracting valuable insights from such vast datasets remains a significant challenge for researchers. Here, we elucidated the evolutionary history of THI1, a gene responsible for encoding thiamine thiazole synthase. The thiazole ring is a precursor for vitamin B1 and crucial cofactor in primary metabolic pathways. We conducted a comprehensive search for THI1 information within public repositories with careful curation to achieve this. Our searches reveal an evolutionary trend of 702 THI1 homologs of Archaea and Eukarya, with a detailed focus on plants. The green lineage of these organisms preserved the THI4 protein domain throughout its diversification by incorporating the N-terminus and targeting chloroplasts. Furthermore, evolutionary pressures and lifestyle appear to be associated with retention of TPP-riboswitch sites and consequent dual post-transcriptional regulation of the de novo biosynthesis pathway in basal groups. Multicopy retention of THI1 is not a typical plant pattern, even successive rounds of genome duplications. Additionally, we identified the diversification of cis-regulatory sites in plants with the conservation of biological processes associated with the initial stages of seed development and preservation of the transcriptional pattern during the diurnal cycle. Our data mining of 484 transcriptome datasets supports this finding and brings a new look at public repositories and evolutionary trends to THI1.

ABSTRACT Background Studies with multicopy genes impose challenges related to gene redundancy and sequence similarity among copies. Recent advances in molecular biology and genomics tools associated with dedicated databases facilitate their study. Thus, the present work emphasizes the need for rigorous methodologies and standardized approaches to interpret RT-qPCR results accurately. Results The present work in Physcomitrium patens provides a comprehensive five-step protocol, using thiamine thiazole synthase ( THI1 ) and sucrose 6-phosphate phosphohydrolase ( S6PP) genes as proof of concept, to showcase a systematic workflow for studying multicopy genes. Beyond examining genes of interest, we highlight the critical role of choosing appropriate internal controls in the analytical process for accurately interpreting gene expression patterns. We emphasized the importance of identifying the most relevant orthologous gene, recognizing the inherent challenges in determining the most functional copy for subsequent studies. Our objective is to enhance comprehension of gene redundancy by dissecting multicopy genes’ genomic landscape and its characteristics. Furthermore, we address the decision-making process surrounding the quantification of expression levels of multicopy genes. Conclusions The study of multicopy genes discloses early events of functional adaptation. We emphasize the significance of multicopy genes in plant biology and provide a practical protocol for their study. Plant systems are strongly influenced by light/dark cycles, and the challenges inherent to this process are acknowledged. In conclusion, our comprehensive approach aims to advance the understanding of multicopy gene dynamics, offering practical methodologies and contributing valuable insights to the scientific community.

Background: Sugarcane (Saccharum spp.) is highly polyploid and aneuploid. Modern cultivars are derived from hybridization between S. officinarum and S. spontaneum. This combination results in a genome exhibiting variable ploidy among different loci, a huge genome size (approximately 10 Gb) and a high content of repetitive regions. Gene expression mechanisms are poorly understood in these cultivars. An approach using genomic, transcriptomic and genetic mapping can improve our knowledge of the behavior of genetics in sugarcane. Results: The hypothetical HP600 and centromere protein C (CENP-C) genes from sugarcane were used to elucidate the allelic expression and genomic and genetic behavior of this complex polyploid. The genomically side-by-side genes HP600 and CENP-C were found in two different homeologous chromosome groups with ploidies of eight and ten. The first region (Region01) was a Sorghum bicolor ortholog with all haplotypes of HP600 and CENP-C expressed, but HP600 exhibited an unbalanced haplotype expression. The second region (Region02) was a scrambled sugarcane sequence formed from different noncollinear genes containing duplications of HP600 and CENP-C (paralogs). This duplication occurred before the Saccharum genus formation and after the separation of sorghum and sugarcane, resulting in a nonexpressed HP600 pseudogene and a recombined fusion version of CENP-C and orthologous gene Sobic.003G299500 with at least two chimerical gene haplotypes expressed. The genetic map construction supported the difficulty of mapping markers located in duplicated regions of complex polyploid genomes. Conclusion: All these findings describe a low synteny region in sugarcane, formed by events occurring in all members of the Saccharum genus. Additionally, evidence of duplicated and truncate gene expression and the behavior of genetic markers in a duplicated region was found. Thus, we describe the complexity involved in sugarcane genetics and genomics and allelic dynamics, which can be useful for understanding the complex polyploid genome.