The tobacco cutworm, Spodoptera litura, is among the most widespread and destructive agricultural pests, feeding on over 100 crops throughout tropical and subtropical Asia. By genome sequencing, physical mapping and transcriptome analysis, we found that the gene families encoding receptors for bitter or toxic substances and detoxification enzymes, such as cytochrome P450, carboxylesterase and glutathione-S-transferase, were massively expanded in this polyphagous species, enabling its extraordinary ability to detect and detoxify many plant secondary compounds. Larval exposure to insecticidal toxins induced expression of detoxification genes, and knockdown of representative genes using short interfering RNA (siRNA) reduced larval survival, consistent with their contribution to the insect's natural pesticide tolerance. A population genetics study indicated that this species expanded throughout southeast Asia by migrating along a South India-South China-Japan axis, adapting to wide-ranging ecological conditions with diverse host plants and insecticides, surviving and adapting with the aid of its expanded detoxification systems. The findings of this study will enable the development of new pest management strategies for the control of major agricultural pests such as S. litura.

Chenopodium quinoa is a halophytic pseudocereal crop that is being cultivated in an ever-growing number of countries. Because quinoa is highly resistant to multiple abiotic stresses and its seed has a better nutritional value than any other major cereals, it is regarded as a future crop to ensure global food security. We generated a high-quality genome draft using an inbred line of the quinoa cultivar Real. The quinoa genome experienced one recent genome duplication about 4.3 million years ago, likely reflecting the genome fusion of two Chenopodium parents, in addition to the γ paleohexaploidization reported for most eudicots. The genome is highly repetitive (64.5% repeat content) and contains 54 438 protein-coding genes and 192 microRNA genes, with more than 99.3% having orthologous genes from glycophylic species. Stress tolerance in quinoa is associated with the expansion of genes involved in ion and nutrient transport, ABA homeostasis and signaling, and enhanced basal-level ABA responses. Epidermal salt bladder cells exhibit similar characteristics as trichomes, with a significantly higher expression of genes related to energy import and ABA biosynthesis compared with the leaf lamina. The quinoa genome sequence provides insights into its exceptional nutritional value and the evolution of halophytes, enabling the identification of genes involved in salinity tolerance, and providing the basis for molecular breeding in quinoa.

Quercus is considered as one of the most important genera in the Northern Hemisphere as its economic and ecological importance. Oaks are taxonomically perplexing due to interspecific shared morphological traits and intraspecific morphological variation, which mainly attributed to hybridization. Universal plastid markers could not provide sufficient variable sites to explore the phylogeny of this genus and chloroplast genome-scale data proved to be useful to resolve intractable phylogenetic relationships. In this study, four complete chloroplast genomes of Quercus species were sequenced and one published chloroplast genomes of Q. baronii was retrieved for comparative analyses. The sizes of these five chloroplast genomes ranged from 161,072 bp (Q. baronii) to 161,237 bp (Q. dolicholepis), which has been identified the gene organization, gene order and GC content are similar to other published Fagaceae species. We analyzed the nucleotide substitution, indels and repeats in chloroplast genomes. The detection of 19 relatively highly variable regions provides potential plastid markers for further taxonomic and phylogenetic study within Quercus. We future observed that 4 genes (ndhA, ndhK, petA and ycf1) were subjected to positive selection. Finally, the phylogenetic relationships of the published Quercus species inferred from chloroplast genomes obtained moderate-to-high supports, indicating that chloroplast genome data may be useful to resolve the relationships of this genus.

Radish (Raphanus sativus L., n = 9) is one of the major vegetables in Asia. Since the genomes of Brassica and related species including radish underwent genome rearrangement, it is quite difficult to perform functional analysis based on the reported genomic sequence of Brassica rapa. Therefore, we performed genome sequencing of radish. Short reads of genomic sequences of 191.1 Gb were obtained by next-generation sequencing (NGS) for a radish inbred line, and 76,592 scaffolds of ≥300 bp were constructed along with the bacterial artificial chromosome-end sequences. Finally, the whole draft genomic sequence of 402 Mb spanning 75.9% of the estimated genomic size and containing 61,572 predicted genes was obtained. Subsequently, 221 single nucleotide polymorphism markers and 768 PCR-RFLP markers were used together with the 746 markers produced in our previous study for the construction of a linkage map. The map was combined further with another radish linkage map constructed mainly with expressed sequence tag-simple sequence repeat markers into a high-density integrated map of 1,166 cM with 2,553 DNA markers. A total of 1,345 scaffolds were assigned to the linkage map, spanning 116.0 Mb. Bulked PCR products amplified by 2,880 primer pairs were sequenced by NGS, and SNPs in eight inbred lines were identified.

Summary The complex geography and climatic changes occurring in subtropical China during the Tertiary and Quaternary might have provided substantial opportunities for allopatric speciation. To gain further insight into these processes, we reconstruct the evolutionary history of Quercus spinosa, a common evergreen tree species mainly distributed in this area. Forty-six populations were genotyped using four chloroplast DNA regions and 12 nuclear microsatellite loci to assess genetic structure and diversity, which was supplemented by divergence time and diversification rate analyses, environmental factor analysis, and ecological niche modeling of the species distributions in the past and at present. The genetic data consistently identified two lineages: the western Eastern Himalaya-Hengduan Mountains lineage and the eastern Central-Eastern China lineage, mostly maintained by populations’ environmental adaptation. These lineages diverged through climate/orogeny-induced vicariance during the Neogene and remained separated thereafter. Genetic data strongly supported the multiple refugia (per se, interglacial refugia) or refugia within refugia hypotheses to explain Q. spinosa phylogeography in subtropical China. Q. spinosa population structure highlighted the importance of complex geography and climatic changes occurring in subtropical China during the Neogene in providing substantial opportunities for allopatric divergence.

Abstract Advances in sequencing technologies as well as development of algorithms and workflows have made it possible to generate fully phased genome references for organisms with non-haploid genomes such as dikaryotic rust fungi. To enable discovery of pathogen effectors and further our understanding of virulence evolution, we generated a chromosome-scale assembly for each of the two nuclear genomes of the oat crown rust pathogen, Puccinia coronata f. sp. avenae ( Pca ). This resource complements two previous released partially phased genome references of Pca , which display virulence traits absent in the isolate of historic race 203 (isolate Pca 203) which was selected for this genome project. A fully phased, chromosome-level reference for Pca 203 was generated using PacBio reads and Hi-C data and a recently developed pipeline named NuclearPhaser for phase assignment of contigs and phase switch correction. With 18 chromosomes in each haplotype and a total size of 208.10 Mbp, Pca 203 has the same number of chromosomes as other cereal rust fungi such as Puccinia graminis f. sp. tritici and Puccinia triticina , the causal agents of wheat stem rust and wheat leaf rust, respectively. The Pca 203 reference marks the third fully-phased chromosome-level assembly of a cereal rust to date. Here, we demonstrate that the chromosomes of these three Puccinia species are syntenous and that chromosomal size variations are primarily due to differences in repeat element content.

The aquatic perennial herb Sagittaria trifolia L. commonly known as arrowhead, has been utilized in China both as a culinary vegetable and in traditional medicines. Characterizing the phylogenetic relationships and genetic diversity of arrowheads is crucial for improved management, conservation, and efficient utilization of the germplasm resources associated with this species. Herein, we presented the phenotypic traits and genome-wide DNA marker-based analyses of 111 arrowhead accessions, most of which were from China. Cluster analysis revealed that arrowhead could be categorized into two clusters based on 11 phenotypic traits, with Cluster 1 comprising two subclusters. All accessions were clustered into three sub-clusters based primarily on leaf shape and tuber weight. A set of 759,237 high-quality single-nucleotide polymorphisms was identified and used to assess the phylogenetic relationships. Population structure and phylogenetic tree analyses suggested that the accessions could be classified into two major groups, Group I was further subdivided into two subgroups, aligning with the clusters identified through morphological classification. By employing Sagittaria lichuanensis as an outgroup, the rooted tree revealed that the evolutionary relationships within the three groups followed a progression from Group I-1 to Group I-2 and finally to Group II. The landraces were clustered into one group along with the remaining wild accessions. The level of genetic diversity for Group I (π = 0.26) was slightly lower than that which was estimated for Group II (π = 0.29). The lowest pairwise differentiation levels (Fst, 0.008) were obtained from the comparison between groups I-2 and II, indicating that the two groups were the most closely related. This study provides novel insights into germplasm classification, evolutionary relationships, genomics and arrowhead breeding.

Salinity hinders plant growth and development, resulting in reduced crop yields and diminished crop quality. Nitric oxide (NO) and brassinolides (BR) are plant growth regulators that coordinate a plethora of plant physiological responses. Nonetheless, the way in which these factors interact to affect salt tolerance is not well understood. BR is perceived by the BR receptor BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1) and its co-receptor BRI1-associated kinase 1 (BAK1) to form the receptor complex, eventually inducing BR-regulated responses. To response stress, a wide range of NO-mediated protein modifications is undergone in eukaryotic cells. Here, we showed that BR participated in NO-enhanced salt tolerance of tomato seedlings (Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom) and NO may activate BR signaling under salt stress, which was related to NO-mediated S-nitrosylation. Further, in vitro and in vivo results suggested that BAK1 (SERK3A and SERK3B) was S-nitrosylated, which was inhibited under salt condition and enhanced by NO. Accordingly, knockdown of SERK3A and SERK3B reduced the S-nitrosylation of BAK1 and resulted in a compromised BR response, thereby abolishing NO-induced salt tolerance. Besides, we provided evidence for the interaction between BRI1 and SERK3A/SERK3B. Meanwhile, NO enhanced BRI1-SERK3A/SERK3B interaction. These results imply that NO-mediated S-nitrosylation of BAK1 enhances the interaction BRI1-BAK1, facilitating BR response and subsequently improving salt tolerance in tomato. Our findings illustrate a mechanism by which redox signaling and BR signaling coordinate plant growth in response to abiotic stress.