Alkaloid Synthetic Pathway Noscapine, a nonaddictive alkaloid found in the opium poppy, can be used as a cough suppressant and a tubulin-binding antitumor agent. Winzer et al. (p. 1704 , published online 31 May; see the Perspective by DellaPenna and O'Connor ) found that a cluster of 10 genes were key to the production of noscapine. Poppies homozygous for this gene cluster produced high levels of noscapine, heterozygous poppies produced low levels of noscapine, and those poppies lacking the gene cluster produced no noscapine. Silencing individual genes in turn and analyzing the accumulation of intermediate metabolites allowed the biosynthetic pathway of noscapine to be elucidated.

Multiple-herbicide resistance (MHR) in black-grass ( Alopecurus myosuroides ) and annual rye-grass ( Lolium rigidum ) is a global problem leading to a loss of chemical weed control in cereal crops. Although poorly understood, in common with multiple-drug resistance (MDR) in tumors, MHR is associated with an enhanced ability to detoxify xenobiotics. In humans, MDR is linked to the overexpression of a pi class glutathione transferase (GSTP1), which has both detoxification and signaling functions in promoting drug resistance. In both annual rye-grass and black-grass, MHR was also associated with the increased expression of an evolutionarily distinct plant phi (F) GSTF1 that had a restricted ability to detoxify herbicides. When the black-grass A. myosuroides ( Am ) Am GSTF1 was expressed in Arabidopsis thaliana, the transgenic plants acquired resistance to multiple herbicides and showed similar changes in their secondary, xenobiotic, and antioxidant metabolism to those determined in MHR weeds. Transcriptome array experiments showed that these changes in biochemistry were not due to changes in gene expression. Rather, Am GSTF1 exerted a direct regulatory control on metabolism that led to an accumulation of protective flavonoids. Further evidence for a key role for this protein in MHR was obtained by showing that the GSTP1- and MDR-inhibiting pharmacophore 4-chloro-7-nitro-benzoxadiazole was also active toward Am GSTF1 and helped restore herbicide control in MHR black-grass. These studies demonstrate a central role for specific GSTFs in MHR in weeds that has parallels with similar roles for unrelated GSTs in MDR in humans and shows their potential as targets for chemical intervention in resistant weed management.

Poppy genome reveals evolution of opiates The opium poppy has been a source of painkillers since Neolithic times. Attendant risks of addiction threaten many today. Guo et al. now deliver a draft of the opium poppy genome, which encompasses 2.72 gigabases assembled into 11 chromosomes and predicts more than 50,000 protein-coding genes. A particularly complex gene cluster contains many critical enzymes in the metabolic pathway that generates the alkaloid drugs noscapine and morphinan. Science , this issue p. 343

The genome sequence and genetic diversity of European ash (Fraxinus excelsior) trees reveals the species' varying susceptibility to ash dieback. Woodlands and forests around the world are increasingly susceptible to the spread of pests and pathogens resulting from climate change and global trade. In particular, ash trees across Europe and North America are currently threatened by the fungal disease ash dieback and infestation by the emerald ash borer beetle, respectively. Against this background, Richard Buggs and colleagues report the first genome sequence of an ash tree, the European ash Fraxinus excelsior, and the re-sequencing of 37 F. excelsior trees from across Europe. They find a number of genetic variants associated with reduced susceptibility to disease, and use these for an assessment of the susceptibility of host populations in an area newly under threat from the pathogen. On the basis of transcriptomic markers, they predict that ash trees in the UK will prove to be less susceptible to ash dieback than ash trees in Denmark. Ash trees (genus Fraxinus, family Oleaceae) are widespread throughout the Northern Hemisphere, but are being devastated in Europe by the fungus Hymenoscyphus fraxineus, causing ash dieback, and in North America by the herbivorous beetle Agrilus planipennis1,2. Here we sequence the genome of a low-heterozygosity Fraxinus excelsior tree from Gloucestershire, UK, annotating 38,852 protein-coding genes of which 25% appear ash specific when compared with the genomes of ten other plant species. Analyses of paralogous genes suggest a whole-genome duplication shared with olive (Olea europaea, Oleaceae). We also re-sequence 37 F. excelsior trees from Europe, finding evidence for apparent long-term decline in effective population size. Using our reference sequence, we re-analyse association transcriptomic data3, yielding improved markers for reduced susceptibility to ash dieback. Surveys of these markers in British populations suggest that reduced susceptibility to ash dieback may be more widespread in Great Britain than in Denmark. We also present evidence that susceptibility of trees to H. fraxineus is associated with their iridoid glycoside levels. This rapid, integrated, multidisciplinary research response to an emerging health threat in a non-model organism opens the way for mitigation of the epidemic.

Abstract Associative transcriptomics has been used extensively in Brassica napus to enable the rapid identification of markers correlated with traits of interest. However, within the important vegetable crop species, Brassica oleracea , the use of associative transcriptomics has been limited due to a lack of fixed genetic resources and the difficulties in generating material due to self-incompatibility. Within Brassica vegetables, the harvestable product can be vegetative or floral tissues and therefore synchronisation of the floral transition is an important goal for growers and breeders. Vernalisation is known to be a key determinant of the floral transition, yet how different vernalisation treatments influence flowering in B. oleracea is not well understood. Here, we present results from phenotyping a diverse set of 69 B. oleracea accessions for heading and flowering traits under different environmental conditions. We developed a new associative transcriptomics pipeline, and inferred and validated a population structure, for the phenotyped accessions. A genome-wide association study identified miR172D as a candidate for the vernalisation response. Gene expression marker association identified variation in expression of BoFLC .C2 as a further candidate for vernalisation response. This study provides insights into the genetic basis of vernalisation response in B. oleracea through associative transcriptomics and confirms its characterisation as a complex G x E trait. Candidate leads were identified in miR172D and BoFLC . C2 . These results could facilitate marker-based breeding efforts to produce B. oleracea lines with more synchronous heading dates, potentially leading to improved yields.

High-quality nanopore genome assemblies were generated for two Brassica nigra genotypes (Ni100 and CN115125); a member of the agronomically important Brassica species. The N50 contig length for the two assemblies were 17.1 Mb (58 contigs) and 0.29 Mb (963 contigs), respectively, reflecting recent improvements in the technology. Comparison with a de novo short read assembly for Ni100 corroborated genome integrity and quantified sequence related error rates (0.002%). The contiguity and coverage allowed unprecedented access to low complexity regions of the genome. Pericentromeric regions and coincidence of hypo-methylation enabled localization of active centromeres and identified a novel centromere-associated ALE class I element which appears to have proliferated through relatively recent nested transposition events (<1 million years ago). Computational abstraction was used to define a post-triplication Brassica specific ancestral genome and to calculate the extensive rearrangements that define the genomic distance separating B. nigra from its diploid relatives.

Brassica napus (AACC, 2n=38), is an important oilseed crop grown worldwide. However, little is known about the population evolution of this species, the genomic difference between its major genetic clusters, such as European and Asian rapeseed, and impacts of historical large-sale introgression events in this young tetraploid. In this study, we reported the de novo assembly of the genome sequences of an Asian rapeseed (B. napus), Ningyou 7 and its four progenitors and carried out de novo assembly-based comparison, pedigree and population analysis with other available genomic data from diverse European and Asian cultivars. Our results showed that Asian rapeseed originally derived from European rapeseed, but it had subsequently significantly diverged, with rapid genome differentiation after intensive local breeding selection. The first historical introgression of B. rapa dramatically broadened the allelic pool of Asian B. napus, but decreased their deleterious variations. The secondary historical introgression of European rapeseed (canola-quality) has reshaped Asian rapeseed into two groups, accompanied by an increase in genetic load. This study demonstrates distinctive genomic footprints by recent intra- and inter-species introgression events for local adaptation, and provide novel insights for understanding the rapid genome evolution of a young allopolyploid crop.