Abstract Rye ( Secale cereale L.) is an exceptionally climate-resilient cereal crop, used extensively to produce improved wheat varieties via introgressive hybridization and possessing the entire repertoire of genes necessary to enable hybrid breeding. Rye is allogamous and only recently domesticated, thus giving cultivated ryes access to a diverse and exploitable wild gene pool. To further enhance the agronomic potential of rye, we produced a chromosome-scale annotated assembly of the 7.9-gigabase rye genome and extensively validated its quality by using a suite of molecular genetic resources. We demonstrate applications of this resource with a broad range of investigations. We present findings on cultivated rye’s incomplete genetic isolation from wild relatives, mechanisms of genome structural evolution, pathogen resistance, low-temperature tolerance, fertility control systems for hybrid breeding and the yield benefits of rye–wheat introgressions.

We present a chromosome-scale annotated assembly of the rye (Secale cereale L. inbred line 'Lo7') genome, which we use to explore Triticeae genomic evolution, and rye's superior disease and stress tolerance. The rye genome shares chromosome-level organization with other Triticeae cereals, but exhibits unique retrotransposon dynamics and structural features. Crop improvement in rye, as well as in wheat and triticale, will profit from investigations of rye gene families implicated in pathogen resistance, low temperature tolerance, and fertility control systems for hybrid breeding. We show that rye introgressions in wheat breeding panels can be characterised in high-throughput to predict the yield effects and trade-offs of rye chromatin.

Abstract According to current opinion, the first step of benzoxazinoids (BXs) synthesis, that is, the conversion of indole-3-glycerol phosphate to indole, occurs exclusively in the photosynthesising parts of plants. However, the results of our previous work and some other studies suggest that this process may also occur in the roots. In this study, we provide evidence that the first step of BXs synthesis does indeed occur in the roots of rye seedlings. We detected ScBx1 transcripts, BX1 enzyme, and six BXs (2-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-one, 2,4-dihydroxy-1,4-benzoxazin-3-one, (2R)-2-O-β-d-glucopyranosyl-4-hydroxy-(2H)-1,4-benzoxazin-3(4H)-one glucoside, 2,4-dihydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3-one, 2,4-dihydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3-one glucoside, and 6-methoxy-2-benzoxazolinone) in the roots developed from seeds deprived of the coleoptile at 2 days after sowing (i.e., roots without contact with aerial parts). In roots regenerated in vitro , both ScBx1 transcripts and BX1 enzyme were detected at a low but still measurable levels. Thus, BXs are able to be synthesised in both the roots and above-ground parts of rye plants. Highlight The first step benzoxazinoids synthesis occurs in both the above-ground parts and roots of rye plants. Benzoxazinoids can be synthesised de novo in roots, independently of plants’ photosynthesising parts.