Coffee, tea, and chocolate converge Caffeine has evolved multiple times among plant species, but no one knows whether these events involved similar genes. Denoeud et al. sequenced the Coffea canephora (coffee) genome and identified a conserved gene order (see the Perspective by Zamir). Although this species underwent fewer genome duplications than related species, the relevant caffeine genes experienced tandem duplications that expanded their numbers within this species. Scientists have seen similar but independent expansions in distantly related species of tea and cacao, suggesting that caffeine might have played an adaptive role in coffee evolution. Science , this issue p. 1181 ; see also p. 1124

ABSTRACT The advent of NGS has intensified the need for robust pipelines to perform high-performance automated analyses. The required softwares depend on the sequencing method used to produce raw data (e.g. Whole genome sequencing, Genotyping By Sequencing, RNASeq) as well as the kind of analyses to carry on (GWAS, population structure, differential expression). These tools have to be generic and scalable, and should meet the biologists needs. Here, we present the new version of TOGGLe ( To olbox for G eneric N G S Ana l ys e s), a simple and highly flexible framework to easily and quickly generate pipelines for large-scale second- and third-generation sequencing analyses, including multi-sample and multi-threading support. TOGGLe is a workflow manager designed to be as effortless as possible to use for biologists, so the focus can remain on the analyses. Pipelines are easily customizable and supported analyses are reproducible and shareable. TOGGLe is designed as a generic, adaptable and fast evolutive solution, and has been tested and used in large-scale projects on various organisms. It is freely available at http://toggle.southgreen.fr/ , under the GNU GPLv3/CeCill-C licenses) and can be deployed onto HPC clusters as well as on local machines.

Abstract Pearl millet is a key cereal for food security in arid and semi-arid regions but its yield is increasingly threatened by water stress. Physiological mechanisms consisting in saving water or increasing water use efficiency can alleviate that stress. Aquaporins (AQP) are water channels contributing to plant hydraulic balance that are supposedly involved in these mechanisms by mediating root water transport. However, AQP remain largely uncharacterized in pearl millet. Here, we studied AQP function in root water transport in two pearl millet lines contrasting for water use efficiency (WUE). We observed that these lines were also contrasting for root hydraulic conductivity (Lpr) and AQP contribution to Lpr, the line with lower WUE showing significantly higher AQP contribution to Lpr. To investigate the AQP isoforms contributing to Lpr, we developed genomic approaches to first identify the entire AQP family in pearl millet and second study the plasma membrane intrinsic proteins (PIP) gene expression profile. We identified and annotated 33 AQP genes in pearl millet among which ten encoded PIP isoforms. PgPIP1-3 and PgPIP1-4 were significantly more expressed in the line showing lower WUE, higher Lpr and higher AQP contribution to Lpr. Overall, our study suggests that AQP from the PIP1 family are the main contributor of Lpr in pearl millet and are possibly associated to whole plant water use mechanisms. This study paves the way for further investigations on AQP functions in pearl millet hydraulics and adaptation to environmental stresses. The newly sequenced nucleotide sequences reported in this article have been submitted to GenBank under the submission number 2333840 (TPA grp467567). Assignment of GenBank accession number is in process.

ABSTRACT We present here FrangiPANe, a pipeline developed to build panreference using short reads through a map-then-assemble strategy. Applying it to 248 African rice genomes using an improved CG14 reference genome, we identified an average of 8 Mb of new sequences and 5,290 new contigs per individual. In total, 1.4 G of new sequences, consisting of 1,306,676 contigs, were assembled. We validated 97.7% of the contigs of the TOG5681 cultivar individual assembly from short reads on a newly long reads genome assembly of the same TOG5681 cultivar. FrangiPANe also allowed the anchoring of 31.5% of the new contigs within the CG14 reference genome, with a 92.5% accuracy at 2kb span. We annotated in addition 3,252 new genes absent from the reference. FrangiPANe was developed as a modular and interactive application to simplify the construction of a panreference using the map-then-assemble approach. It is available as a Docker image containing (i) a Jupyter notebook centralizing codes, documentation and interactive visualization of results, (ii) python scripts and (iii) all the software and libraries requested for each step of the analysis. We foreseen our approach will help leverage large-scale illumina dataset for pangenome studies in GWAS or detection of selection.

Abstract Seedling root traits impact plant establishment under challenging environments. Pearl millet is one of the most heat and drought tolerant cereal crops that provides a vital food source across the sub-Saharan Sahel region. Pearl millet’s early root system features a single fast-growing primary root which we hypothesize is an adaptation to the Sahelian climate. Using crop modelling, we demonstrate that early drought stress is an important constraint in agrosystems in the Sahel where pearl millet was domesticated. Furthermore, we show that increased pearl millet primary root growth is correlated with increased early water stress tolerance in field conditions. Genetics including GWAS and QTL approaches identify genomic regions controlling this key root trait. Combining gene expression data, re-sequencing and re-annotation of one of these genomic regions identified a glutaredoxin-encoding gene PgGRXC9 as the candidate stress resilience root growth regulator. Functional characterization of its closest Arabidopsis homolog AtROXY19 revealed a novel role for this glutaredoxin (GRX) gene clade in regulating cell elongation. In summary, our study suggests a conserved function for GRX genes in conferring root cell elongation and enhancing resilience of pearl millet to its Sahelian environment.

In this paper, we describe the implementation of the MooSciTIC summer schools, a capacity-building initiative targeting West African research scientists and higher education teachers. Throughout the three years of the project, we provided on-site courses and practicals on cross-disciplinary aspects such as scientific writing, communication and integrity, in the aim of improving the self-reliance of researchers and upgrading research practices throughout the sub-region. We explain how the program was designed and implemented and we show the positive outcomes it generated for our former trainees within a relatively short period, hoping to inspire similar initiatives to follow our steps.

Background: African rice, Oryza glaberrima, is an invaluable resource for rice cultivation and for the improvement of biotic and abiotic resistance properties. Since its domestication in the inner Niger delta ca. 2500 years BP, African rice has colonized a variety of ecologically and climatically diverse regions. However, little is known about the genetic basis of quantitative traits and adaptive variation of agricultural interest for this species. Results: Using a reference set of 163 fully re-sequenced accessions, we report the results of a Genome Wide Association Study carried out for African rice. We investigated a diverse panel of traits, including flowering date, panicle architecture and resistance to Rice yellow mottle virus. For this, we devised a pipeline using complementary statistical association methods. First, using flowering time as a target trait, we demonstrated that we could successfully retrieve known genes from the rice flowering pathway, and identified new genomic regions that would deserve more study. Then we applied our pipeline to panicle- and resistance-related traits, highlighting some interesting QTLs and candidate genes (including Rymv1 for resistance and SP1, Ghd7.1, APO1 and OsMADS1 for panicle architecture). Lastly, using a high-resolution climate database, we performed an association analysis based on climatic variables, searching for genomic regions that might be involved in adaptation to climatic variations. Conclusion: Our results collectively provide insights into the extent to which adaptive variation is governed by sequence diversity within the O. glaberrima genome, paving the way for in-depth studies of the genetic basis of traits of interest that might be useful to the rice breeding community.

Pangenome theory implies that individuals from a given group/species share only a given part of their genome (core-genome), the remaining part being the dispensable one. Domestication process implies a small number of founder individuals, and thus a large core-genome compared to dispensable at the first steps of domestication. We sequenced at high depth 120 cultivated African rice Oryza glaberrima and of 74 wild relatives O.barthii, and mapped them on the external reference from Asian rice O. sativa. We then use a novel DepthOfCoverage approach to identif missing genes. After comparing the two species, we shown that the cultivated species has a smaller core-genome than the wild one, as well as an expected smaller dispensable one. This unexpected output however replaces in perspective the inadequacy of cultivated crops to wilderness.

ABSTRACT Coffea arabica , an allotetraploid hybrid of C. eugenioides and C. canephora , is the source of approximately 60% of coffee products worldwide. Cultivated accessions have undergone several population bottlenecks resulting in low genetic diversity. We present chromosome-level assemblies of a di-haploid C. arabica accession and modern representatives of its diploid progenitors, C. eugenioides and C. canephora . The three species exhibit largely conserved genome structures between diploid parents and descendant subgenomes, which show a mosaic pattern of dominance, similar to other polyploid crop species. Resequencing of 39 wild and cultivated accessions suggests a founding polyploidy event ∼610,000 years ago, followed by several subsequent bottlenecks, including a population split ∼30.5 kya and a period of migration between Arabica populations until ∼8.9 kya. Analysis of lines historically introgressed with C. canephora highlights loci that may contribute to their superior pathogen resistance and lay the groundwork for future genomics-based breeding of C. arabica .

Abstract Pearl millet ( Pennisetum glaucum (L.)) R. Br. syn. Cenchrus americanus (L.) Morrone) is an important crop in South Asia and sub-Saharan Africa which contributes to ensure food security. Its genome has an estimated size of 1.76 Gb and displays a high level of repetitiveness above 80%. A first assembly was previously obtained for the Tift 23D2B1-P1-P5 cultivar genotype using short-read sequencing technologies. This assembly is however incomplete and fragmented with around 200 Mb unplaced on chromosomes. We report here an improved quality assembly of the pearl millet Tift 23D2B1-P1-P5 cultivar genotype obtained with an approach combining Oxford Nanopore long reads and Bionano Genomics optical maps. This strategy allowed us to add around 200 Mb at the chromosome-level assembly. Moreover we strongly improved continuity in the order of the contigs and scaffolds wihtin the chromosomes, particularly in the centromeric regions. Notably, we added more than 100 Mb around the centromeric region on chromosome 7. This new assembly also displayed a higher gene completeness with a complete BUSO score of 98.4% using the Poales database. This more complete and higher quality assembly of the Tift 23D2B1-P1-P5 genotype now available to the community will help in the development of research on the role of structural variants, and more broadly in genomics studies and the breeding of pearl millet.