Abstract The F-box protein Coronatine Insensitive (COI) is a receptor for the jasmonic acid signaling pathway in plants. To investigate the functions of the six maize COI proteins (COI1a, COI1b, COI1c, COI1d, COI2a, and COI2b), we made single, double, and quadruple loss-of-function mutants. Double-mutant coi2a coi2b pollen was inviable, and no homozygous mutant plants were obtained. The coi1 quadruple mutant ( coi1-4x ) exhibited shortened internode lengths, decreased photosynthesis, leaf discoloration, microelement deficiencies, and accumulation of DWARF9, a DELLA-family protein that represses the gibberellic acid signaling pathway. Co-expression of maize COI and DWARF9 genes in Nicotiana benthamiana showed that the COI proteins lead to proteasome-dependent DELLA degradation. Many genes expressed at lower levels in the coi1-4x mutant are normally induced by gibberellic acid. The majority of these genes are predicted to be bundle sheath or mesophyll-enriched including those encoding C 4 -specific photosynthetic enzymes. Ectopic expression of maize COI genes in N. benthamiana showed that COI2a is fully localized in the nucleus and interacts with maize JAZ proteins, the canonical COI repressor partners. However, maize COI1a and COI1c proteins showed only partial nuclear localization and failed to bind to most of the JAZ proteins tested. These results show divergent functions of the six COI proteins in the regulation of maize growth and defense pathways.

Abstract Sweet watermelon ( Citrullus lanatus subsp. vulgaris ) is among the most important vegetable crops in the world. Wild relatives are important resources for watermelon breeding. Here we report high-quality reference genomes of three wild watermelons, C. mucosospermus, C. amarus and C. colocynthis , and the divergence and genome evolution of different Citrullus species. Using genomic data from 547 watermelon accessions spanning four Citrullus species, we construct a super-pangenome to represent the Citrullus gene repertoire and provide a catalogue of orthologous relationships among species. Gene presence/absence variation analysis uncovers many disease resistance genes that are missing in cultivated watermelons, as well as genes with significantly different occurrence frequencies between populations that might underlie watermelon evolution and domestication. We revisit watermelon domestication using the recently identified wild progenitor, Kordofan melon, which provides insights into the domestication of fruit bitterness, sweetness and flesh coloration. The Citrullus super-pangenome provides a valuable resource for breeding and biological discovery, and our comparative genomic analyses shed additional light on watermelon evolution and domestication.

Fleshy fruit evolved independently multiple times during angiosperm history. Many climacteric fruits utilize the hormone ethylene to regulate ripening. The fruitENCODE project shows there are multiple evolutionary origins of the regulatory circuits that govern climacteric fruit ripening. Eudicot climacteric fruits with recent whole-genome duplications (WGDs) evolved their ripening regulatory systems using the duplicated floral identity genes, while others without WGD utilised carpel senescence genes. The monocot banana uses both leaf senescence and duplicated floral-identity genes, forming two interconnected regulatory circuits. H3K27me3 plays a conserved role in restricting the expression of key ripening regulators and their direct orthologs in both the ancestral dry fruit and non-climacteric fleshy fruit species. Our findings suggest that evolution of climacteric ripening was constrained by limited availability of signalling molecules and genetic and epigenetic materials, and WGD provided new resources for plants to circumvent this limit. Understanding these different ripening mechanisms makes it possible to design tailor-made ripening traits to improve quality, yield and minimize postharvest losses.

Abstract Tomato has undergone extensive selections during domestication. Recent progress has shown that genomic structural variants (SVs) have contributed to gene expression dynamics during tomato domestication, resulting in changes of important traits. Here, through comprehensive analyses of small RNAs (sRNAs) from nine representative tomato accessions, we demonstrate that SVs substantially contribute to the dynamic expression of the three major classes of plant sRNAs: microRNAs (miRNAs), phased secondary short interfering RNAs (phasiRNAs), and 24-nt heterochromatic siRNAs (hc-siRNAs). Changes in the abundance of phasiRNAs and 24-nt hc-siRNAs likely contribute to the alteration of mRNA gene expression during tomato’s recent evolution, particularly for genes associated with biotic and abiotic stress tolerance. We also observe that miRNA expression dynamics are associated with imprecise processing, alternative miRNA-miRNA* selections, and SVs. SVs mainly affect the expression of less-conserved miRNAs that do not have established regulatory functions or low abundant members in highly expressed miRNA families, highlighting different selection pressures on miRNAs compared to phasiRNAs and 24-nt hc-siRNAs. Our findings provide insights into plant sRNA evolution as well as SV-based gene regulation during crop domestication. Furthermore, our dataset provides a rich resource for mining the sRNA regulatory network in tomato.