Abstract Motivation Genome plotting is performed using a wide range of visualizations tools each with emphasis on a different informative dimension of the genome. These tools can provide a deeper insight into the genomic structure of the organism. Results Here, we announce a new visualization tool that is specifically designed for chloroplast genomes. It allows the users to depict the genetic architecture of up to ten chloroplast genomes in the vicinity of the sites connecting the inverted repeats to the short and long single copy regions. The software and its dependent libraries are fully coded in R and the reflected plot is scaled up to realistic size of nucleotide base pairs in the vicinity of the junction sites. We introduce a website for easier use of the program and R source code of the software to be used in case of preferences to be changed and integrated into personal pipelines. The input of the program is an annotation GenBank (.gb) file, the accession or GI number of the sequence or a DOGMA output file. The software was tested using over a 100 embryophyte chloroplast genomes and in all cases a reliable output was obtained. Availability and implementation Source codes and the online suit available at https://irscope.shinyapps.io/irapp/ or https://github.com/Limpfrog/irscope.

Silver birch (Betula pendula) is a pioneer boreal tree that can be induced to flower within 1 year. Its rapid life cycle, small (440-Mb) genome, and advanced germplasm resources make birch an attractive model for forest biotechnology. We assembled and chromosomally anchored the nuclear genome of an inbred B. pendula individual. Gene duplicates from the paleohexaploid event were enriched for transcriptional regulation, whereas tandem duplicates were overrepresented by environmental responses. Population resequencing of 80 individuals showed effective population size crashes at major points of climatic upheaval. Selective sweeps were enriched among polyploid duplicates encoding key developmental and physiological triggering functions, suggesting that local adaptation has tuned the timing of and cross-talk between fundamental plant processes. Variation around the tightly-linked light response genes PHYC and FRS10 correlated with latitude and longitude and temperature, and with precipitation for PHYC. Similar associations characterized the growth-promoting cytokinin response regulator ARR1, and the wood development genes KAK and MED5A.

Understanding the complexity of genomic structures and their unique architecture is linked with the power of visualization tools used to represent these features. Such tools should be able to provide a realistic and scalable version of genomic content. Here we present an online organelle plotting tool focused on chloroplasts, which was developed to visualize the exclusive structure of these genomes. The distinguished unique features of this program include its ability to represent the Single Short Copy (SSC) regions in reverse complement, which allows the depiction of the codon usage bias index for each gene, along with the possibility of the minor mismatches between Inverted Repeat (IR) regions, and user-specified plotting layers. The versatile color schemes and diverse functionalities of the program are specifically designed to reflect the accurate scalable representation of the plastid genomes. We introduce a Shiny app website for easy use of the program; a more advanced application of the tool is possible by further development and modification of the downloadable source codes provided online. The software and its libraries are completely coded in R, available at https://irscope.shinyapps.io/chloroplot/.

Species of the genus Nicotiana (Solanaceae), commonly referred to as tobacco plants, are often cultivated as non-food crops and garden ornamentals. In addition to the worldwide production of tobacco leaves, they are also used as evolutionary model systems due to their complex development history tangled by polyploidy and hybridization. Here, we assembled the plastid genomes of five tobacco species: N. knightiana, N. rustica, N. paniculata, N. obtusifolia and N. glauca . De novo assembled tobacco plastid genomes had the typical quadripartite structure, consisting of a pair of inverted repeat (IR) regions (25,323–25,369 bp each) separated by a large single-copy (LSC) region (86,510–86,716 bp) and a small single-copy (SSC) region (18,441–18,555 bp). Comparative analyses of Nicotiana plastid genomes with currently available Solanaceae genome sequences showed similar GC and gene content, codon usage, simple sequence and oligonucleotide repeats, RNA editing sites, and substitutions. We identified 20 highly polymorphic regions, mostly belonging to intergenic spacer regions (IGS), which could be suitable for the development of robust and cost-effective markers for inferring the phylogeny of the genus Nicotiana and family Solanaceae. Our comparative plastid genome analysis revealed that the maternal parent of the tetraploid N. rustica was the common ancestor of N. paniculata and N. knightiana , and the later species is more closely related to N. rustica . Relaxed molecular clock analyses estimated the speciation event between N. rustica and N. knightiana appeared 0.56 Ma (HPD 0.65–0.46). Biogeographical analysis supported a south-to-north range expansion and diversification for N. rustica and related species, where N. undulata and N. paniculata evolved in North/Central Peru, while N. rustica developed in Southern Peru and separated from N. knightiana, which adapted to the Southern coastal climatic regimes. We further inspected selective pressure on protein-coding genes among tobacco species to determine if this adaptation process affected the evolution of plastid genes. These analyses indicate that four genes involved in different plastid functions, including DNA replication ( rpo A) and photosynthesis ( atp B, ndh D and ndhF ), came under positive selective pressure as a result of specific environmental conditions. Genetic mutations in these genes might have contributed to better survival and superior adaptations during the evolutionary history of tobacco species.

The subfamily Pothoideae belongs to the ecologically important plant family Araceae. Here, we report the chloroplast genomes of two species of the subfamily Pothoideae: Anthurium huixtlense (size: 163,116 bp) and Pothos scandens (size: 164,719 bp). The chloroplast genome of P. scandens showed unique contraction and expansion of inverted repeats (IRs), thereby increasing the size of the large single-copy region (LSC: 102,956 bp) and decreasing the size of the small single-copy region (SSC: 6779 bp). This led to duplication of many single-copy genes due to transfer to IR regions from the small single-copy (SSC) region, whereas some duplicate genes became single copy due to transfer to large single-copy regions. The rate of evolution of protein-coding genes was affected by the contraction and expansion of IRs; we found higher mutation rates for genes that exist in single-copy regions as compared to those in IRs. We found a 2.3-fold increase of oligonucleotide repeats in P. scandens when compared with A. huixtlense, whereas amino acid frequency and codon usage revealed similarities. The ratio of transition to transversion mutations was 2.26 in P. scandens and 2.12 in A. huixtlense. Transversion mutations mostly translated in non-synonymous substitutions. The phylogenetic inference of the limited species showed the monophyly of the Araceae subfamilies. Our study provides insight into the molecular evolution of chloroplast genomes in the subfamily Pothoideae and family Araceae.

Abstract The genus Blumea (Asteroideae, Asteraceae) comprises about 100 species, including herbs, shrubs, and small trees. Previous studies have been unable to resolve taxonomic issues and the phylogeny of the genus Blumea due to the low polymorphism of molecular markers. Therefore, suitable polymorphic regions need to be identified. Here, we de novo assembled plastomes of the three Blumea species B . oxyodonta , B. tenella , and B. balsamifera and compared them with 26 other species of Asteroideae after correction of annotations. These species have quadripartite plastomes with similar gene content, genome organization, and inverted repeat contraction and expansion comprising 113 genes, including 80 protein‐coding, 29 transfer RNA, and 4 ribosomal RNA genes. The comparative analysis of codon usage, amino acid frequency, microsatellite repeats, oligonucleotide repeats, and transition and transversion substitutions has revealed high resemblance among the newly assembled species of Blumea . We identified 10 highly polymorphic regions with nucleotide diversity above 0.02, including rps 16‐ trn Q, ycf 1, ndh F‐ rpl 32, pet N‐ psb M, and rpl 32‐ trn L, and they may be suitable for the development of robust, authentic, and cost‐effective markers for barcoding and inference of the phylogeny of the genus Blumea . Among these highly polymorphic regions, five regions also co‐occurred with oligonucleotide repeats and support use of repeats as a proxy for the identification of polymorphic loci. The phylogenetic analysis revealed a close relationship between Blumea and Pluchea within the tribe Inuleae. At tribe level, our phylogeny supports a sister relationship between Astereae and Anthemideae rooted as Gnaphalieae, Calenduleae, and Senecioneae. These results are contradictory to recent studies which reported a sister relationship between “Senecioneae and Anthemideae” and “Astereae and Gnaphalieae” or a sister relationship between Astereae and Gnaphalieae rooted as Calenduleae, Anthemideae, and then Senecioneae using nuclear genome sequences. The conflicting phylogenetic signals observed at the tribal level between plastidt and nuclear genome data require further investigation.

Abstract While invasive species are a key driver of the global biodiversity crisis, the drivers of invasiveness remain debated. To investigate the genomic basis of invasiveness in plants, we use the invasive weed Ambrosia artemisiifolia , introduced to Europe in the late 19 th century, resequencing 655 ragweed genomes, including 308 herbarium specimens collected up to 190 years ago. In introduced European populations, we report selection signatures in defense genes and lower prevalence of particular plant pathogens in the invasive range. Together with temporal changes in population structure associated with introgression from closely related Ambrosia species, escape from microbial enemies likely favoured the plant’s remarkable success as an invasive species. One-Sentence Summary The invasive success of European ragweed was facilitated by release from enemy microbes and inter-species hybridization.

Abstract The subfamily Pothoideae belongs to the ecologically important plant family Araceae. Here, we report the chloroplast genomes of two species of the subfamily Pothoideae: Anthurium huixtlense (163,116 bp) and Pothos scandens (164,719 bp). The chloroplast genome of P. scandens showed unique inverted repeats (IRs) contraction and expansion, which increases the size of the large single copy (102,956) region and decreases the size of the small single-copy (6779 bp) region. This led to duplication of many single-copy genes due to transfer to IR regions from the small single-copy (SSC) region, whereas some duplicate genes became single copy due to transfer to large single-copy regions. The rate of evolution of protein-coding genes was affected by the contraction and expansion of IRs; we found higher mutation rates for genes that exist in single-copy regions as opposed to IRs. We found a 2.3-fold increase of oligonucleotide repeats in P. scandens when compared with A. huixtlense , whereas amino acid frequency and codon usage revealed similarities. We recorded higher transition substitutions than transversion substitutions. The transition/transversion ratio was 2.26 in P. scandens and 2.12 in A. huixtlense . We also found a higher rate of transversion substitutions linked with non-synonymous substitutions than synonymous substitutions. The phylogenetic inference of the limited species showed the monophyly of the Araceae subfamilies. Our study provides insight into the molecular evolution of chloroplast genomes in the subfamily Pothoideae and family Araceae.