The International Strawberry Sequencing Consortium reports the draft genome of the woodland strawberry (Fragaria vesca). The genome of this diploid species should serve as a reference genome for the Fragaria genus, as the cultivated strawberry (Fragaria × ananassa) is an octoploid where F. vesca is predicted to be a subgenome donor. The woodland strawberry, Fragaria vesca (2n = 2x = 14), is a versatile experimental plant system. This diminutive herbaceous perennial has a small genome (240 Mb), is amenable to genetic transformation and shares substantial sequence identity with the cultivated strawberry (Fragaria × ananassa) and other economically important rosaceous plants. Here we report the draft F. vesca genome, which was sequenced to ×39 coverage using second-generation technology, assembled de novo and then anchored to the genetic linkage map into seven pseudochromosomes. This diploid strawberry sequence lacks the large genome duplications seen in other rosids. Gene prediction modeling identified 34,809 genes, with most being supported by transcriptome mapping. Genes critical to valuable horticultural traits including flavor, nutritional value and flowering time were identified. Macrosyntenic relationships between Fragaria and Prunus predict a hypothetical ancestral Rosaceae genome that had nine chromosomes. New phylogenetic analysis of 154 protein-coding genes suggests that assignment of Populus to Malvidae, rather than Fabidae, is warranted.

High-density SNP arrays for genome-wide assessment of allelic variation have made high resolution genetic characterization of crop germplasm feasible. A medium density array for apple, the IRSC 8 K SNP array, has been successfully developed and used for screens of bi-parental populations. However, the number of robust and well-distributed markers contained on this array was not sufficient to perform genome-wide association analyses in wider germplasm sets, or Pedigree-Based Analysis at high precision, because of rapid decay of linkage disequilibrium. We describe the development of an Illumina Infinium array targeting 20 K SNPs. The SNPs were predicted from re-sequencing data derived from the genomes of 13 Malus × domestica apple cultivars and one accession belonging to a crab apple species (M. micromalus). A pipeline for SNP selection was devised that avoided the pitfalls associated with the inclusion of paralogous sequence variants, supported the construction of robust multi-allelic SNP haploblocks and selected up to 11 entries within narrow genomic regions of ±5 kb, termed focal points (FPs). Broad genome coverage was attained by placing FPs at 1 cM intervals on a consensus genetic map, complementing them with FPs to enrich the ends of each of the chromosomes, and by bridging physical intervals greater than 400 Kbps. The selection also included ∼3.7 K validated SNPs from the IRSC 8 K array. The array has already been used in other studies where ∼15.8 K SNP markers were mapped with an average of ∼6.8 K SNPs per full-sib family. The newly developed array with its high density of polymorphic validated SNPs is expected to be of great utility for Pedigree-Based Analysis and Genomic Selection. It will also be a valuable tool to help dissect the genetic mechanisms controlling important fruit quality traits, and to aid the identification of marker-trait associations suitable for the application of Marker Assisted Selection in apple breeding programs.

A high-throughput genotyping platform is needed to enable marker-assisted breeding in the allo-octoploid cultivated strawberry Fragaria × ananassa. Short-read sequences from one diploid and 19 octoploid accessions were aligned to the diploid Fragaria vesca ‘Hawaii 4’ reference genome to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) and indels for incorporation into a 90 K Affymetrix® Axiom® array. We report the development and preliminary evaluation of this array. About 36 million sequence variants were identified in a 19 member, octoploid germplasm panel. Strategies and filtering pipelines were developed to identify and incorporate markers of several types: di-allelic SNPs (66.6%), multi-allelic SNPs (1.8%), indels (10.1%), and ploidy-reducing “haploSNPs” (11.7%). The remaining SNPs included those discovered in the diploid progenitor F. iinumae (3.9%), and speculative “codon-based” SNPs (5.9%). In genotyping 306 octoploid accessions, SNPs were assigned to six classes with Affymetrix’s “SNPolisher” R package. The highest quality classes, PolyHigh Resolution (PHR), No Minor Homozygote (NMH), and Off-Target Variant (OTV) comprised 25%, 38%, and 1% of array markers, respectively. These markers were suitable for genetic studies as demonstrated in the full-sib family ‘Holiday’ × ‘Korona’ with the generation of a genetic linkage map consisting of 6,594 PHR SNPs evenly distributed across 28 chromosomes with an average density of approximately one marker per 0.5 cM, thus exceeding our goal of one marker per cM. The Affymetrix IStraw90 Axiom array is the first high-throughput genotyping platform for cultivated strawberry and is commercially available to the worldwide scientific community. The array’s high success rate is likely driven by the presence of naturally occurring variation in ploidy level within the nominally octoploid genome, and by effectiveness of the employed array design and ploidy-reducing strategies. This array enables genetic analyses including generation of high-density linkage maps, identification of quantitative trait loci for economically important traits, and genome-wide association studies, thus providing a basis for marker-assisted breeding in this high value crop.

Abstract For genomic selection in clonal breeding programs to be effective, crossing parents should be selected based on genomic predicted cross performance unless dominance is negligible. Genomic prediction of cross performance enables a balanced exploitation of the additive and dominance value simultaneously. Here, we compared different strategies for the implementation of genomic selection in clonal plant breeding programs. We used stochastic simulations to evaluate six combinations of three breeding programs and two parent selection methods. The three breeding programs included i) a breeding program that introduced genomic selection in the first clonal testing stage, and ii) two variations of a two-part breeding program with one and three crossing cycles per year, respectively. The two parent selection methods were i) selection of parents based on genomic estimated breeding values, and ii) selection of parents based on genomic predicted cross performance. Selection of parents based on genomic predicted cross performance produced faster genetic gain than selection of parents based on genomic estimated breeding values because it substantially reduced inbreeding when the dominance degree increased. The two-part breeding programs with one and three crossing cycles per year using genomic prediction of cross performance always produced the most genetic gain unless dominance was negligible. We conclude that i) in clonal breeding programs with genomic selection, parents should be selected based on genomic predicted cross performance, and ii) a two-part breeding program with parent selection based on genomic predicted cross performance to rapidly drive population improvement has great potential to improve breeding clonally propagated crops.

Abstract Extreme cold and frost cause significant stress to plants which can potentially be lethal. Low temperature freezing stress can cause significant and irreversible damage to plant cells and can induce physiological and metabolic changes that impact on growth and development. Low temperatures cause physiological responses including winter dormancy and autumn cold hardening in strawberry ( Fragaria ) species, and some diploid F. vesca accessions have been shown to have adapted to low-temperature stresses. To study the genetics of freezing tolerance, a F. vesca mapping population of 142 seedlings segregating for differential responses to freezing stress was raised. The progeny was mapped using ‘Genotyping-by-Sequencing’ and a linkage map of 2,918 markers at 851 loci was resolved. The mapping population was phenotyped for freezing tolerance response under controlled and replicated laboratory conditions and subsequent quantitative trait loci analysis using interval mapping revealed a single significant quantitative trait locus on Fvb2 in the physical interval 10.6 Mb and 15.73 Mb on the F. vesca v4.0 genome sequence. This physical interval contained 896 predicted genes, several of which had putative roles associated with tolerance to abiotic stresses including freezing. Differential expression analysis of the 896 QTL-associated gene predictions in the leaves and crowns from ‘Alta’ and ‘NCGR1363’ parental genotypes revealed genotype-specific changes in transcript accumulation in response to low temperature treatment as well as expression differences between genotypes prior to treatment for many of the genes. The putative roles, and significant interparental differential expression levels of several of the genes reported here identified them as good candidates for the control of the effects of freezing tolerance at the QTL identified in this investigation and the possible role of these candidate genes in response to freezing stress is discussed.

The obligate biotrophic fungus Podosphaera aphanis is the causative agent of powdery mildew on cultivated strawberry (Fragaria x ananassa). Genotypes from two bi-parental mapping populations "Emily" x "Fenella" and "Redgauntlet" x "Hapil" were phenotyped for powdery mildew disease severity in a series of field trials. Here we report multiple QTL associated with resistance to powdery mildew, identified in ten phenotyping events conducted across different years and locations. Seven QTL show a level of stable resistance across multiple phenotyping events however many other QTL were represented in a single phenotyping event and thus must be considered transient. One of the identified QTL was closely linked to an associated resistance gene across the wider germplasm. Furthermore, a preliminary association analysis identified a novel conserved locus for further investigation. Our data suggests that resistance is highly complex and that multiple additive sources of quantitative resistance to powdery mildew exist across strawberry germplasm. Implementation of the reported markers in marker-assisted breeding or genomic selection would lead to improved powdery mildew resistant strawberry cultivars, particularly where the studied parents, progeny and close pedigree material are included in breeding germplasm.

Abstract Background Blackberries ( Rubus spp.) are the fourth most economically important berry crop worldwide. Genome assemblies and annotations have been developed for Rubus species in subgenus Idaeobatus , including black raspberry ( R. occidentalis ), red raspberry ( R. idaeus ), and R. chingii , but very few genomic resources exist for blackberries and their relatives in subgenus Rubus . Findings Here we present a chromosome-length assembly and annotation of the diploid blackberry germplasm accession ‘Hillquist’ ( R. argutus ). ‘Hillquist’ is the only known source of primocane-fruiting (annual-fruiting) in tetraploid fresh-market blackberry breeding programs and is represented in the pedigree of many important cultivars worldwide. The ‘Hillquist’ assembly, generated using PacBio long reads scaffolded with Hi-C sequencing, consisted of 298 Mb, of which 270 Mb (90%) was placed on seven chromosome-length scaffolds with an average length of 38.6 Mb. Approximately 52.8% of the genome was composed of repetitive elements. The genome sequence was highly collinear with a novel maternal haplotype-resolved linkage map of the tetraploid blackberry selection A-2551TN and genome assemblies of R. chingii and red raspberry. A total of 38,503 protein-coding genes were predicted using the assembly and Iso-Seq and RNA-seq data, of which 72% were functionally annotated. Conclusions The utility of the ‘Hillquist’ genome has been demonstrated here by the development of the first genotyping-by-sequencing based linkage map of tetraploid blackberry and the identification of several possible candidate genes for primocane-fruiting within the previously mapped locus. This chromosome-length assembly will facilitate future studies in Rubus biology, genetics, and genomics and strengthen applied breeding programs.