The genetic arms race between pathogen and host plant is a tug of war that has been ongoing for millennia. The battles are those of disruption, restoration of signaling and information transmission on a subcellular level. One such battle occurs between rice an important crop that feeds 50% of the world population and the sheath blight disease (SB) caused by the fungus Rhizoctonia solani. It results in 30% global yield loss annually and can reach 50% under severe outbreak. Many Receptor-like kinases (RLKs) are recruited as soldiers in these battles. Wall Associated Receptor Kinases (WAKs) a subfamily of receptor-like kinases have been shown to play a role in fungal defense. We show that rice gene OsWAK91, present in the major SB resistance QTL region on Chromosome-9 is a key component in defense against rice sheath blight. An SNP mutation C/T separates susceptible variety, Cocodrie (CCDR) from the resistant line MCR010277 (MCR). The resistant allele C results in the stop codon loss that results in 68 amino acids longer C‐terminus carrying longer protein kinase domain and phosphorylation sites. Our genotype and phenotype analysis of the top 20 individuals of the double haploid SB population shows a strong correlation with the SNP. The susceptible allele appears as a recent introduction found in the japonica subspecies reference genome and a majority of the tropical and temperate japonica lines sequenced by the 3000 rice genome project. Multiple US commercial varieties with japonica background carry the susceptible allele and are known for SB susceptibility. This discovery opens the possibility of introducing resistance alleles into high yielding commercial varieties to reduce yield losses incurred by the disease.

As the human population grows from 7.8 billion to 10 billion over the next 30 years, breeders must do everything possible to create crops that are highly productive and nutritious, while simultaneously having less of an environmental footprint. Rice will play a critical role in meeting this demand and thus, knowledge of the full repertoire of genetic diversity that exists in germplasm banks across the globe is required. To meet this demand, we describe the generation, validation and preliminary analyses of transposable element and long-range structural variation content of 12 near-gap-free reference genome sequences (RefSeqs) from representatives of 12 of 15 subpopulations of cultivated rice. When combined with 4 existing RefSeqs, that represent the 3 remaining rice subpopulations and the largest admixed population, this collection of 16 Platinum Standard RefSeqs (PSRefSeq) can be used as a pan-genome template to map resequencing data to detect virtually all standing natural variation that exists in the pan-cultivated rice genome.

Oryza is remarkable genus - with two domesticated (i.e. Asian and African rice) and 25 diploid and tetraploid wild species, 11 extant genome types, and a ~3.4-fold genome size variation - that possesses a virtually untapped reservoir of genes that can be used for crop improvement. Here we unveil and interrogate 11 new chromosome-level assemblies of nine tetraploid and two diploid wild Oryza species in the context of ~15 million years of evolution of the genus. We show that the core Oryza (sub)genome across all genome types is only ~200 Mb and largely syntenic, while the remaining nuclear fractions, spanning ~80-600 Mb, are intermingled, extremely plastic and rapidly evolving. For the halophyte O. coarctata, we show that - despite the detection of gene fractionation in the subgenomes - homoeologous genes are expressed at higher levels in one subgenome over the other in a mosaic form, thereby showing subgenome equivalence. The integration of these 11 new ultra-high quality reference genomes with our previously published genome data sets provide a nearly complete picture of the consequences of natural and artificial selection across the evolutionary history of Oryza. This in turn opens the door to unlock their genetic potential for future crop improvement and neodomestication.

Abstract Understanding and exploiting genetic diversity is a key factor for the productive and stable production of rice. Utilizing 16 high-quality genomes that represent the subpopulation structure of Asian rice ( O. sativa ), plus the genomes of two close relatives ( O. rufipogon and O. punctata ), we built a pan-genome inversion index of 1,054 non-redundant inversions that span an average of ∼ 14% of the O. sativa cv. Nipponbare reference genome sequence. Using this index we estimated an inversion rate of 1,100 inversions per million years in Asian rice, which is 37 to 73 times higher than previously estimated for plants. Detailed analyses of these inversions showed evidence of their effects on gene regulation, recombination rate, linkage disequilibrium and agronomic trait performance. Our study uncovers the prevalence and scale of large inversions (≥ 100 kb) across the pan-genome of Asian rice, and hints at their largely unexplored role in functional biology and crop performance.