Abstract The order Hymenochaetales of white rot fungi contain some of the most aggressive wood decayers causing tree deaths around the world. Despite their ecological importance and the impact of diseases they cause, little is known about the evolution and transmission patterns of these pathogens. Here, we sequenced and undertook comparative genomics analyses of Hymenochaetales genomes using brown root rot fungus Phellinus noxius , wood-decomposing fungus Phellinus lamaensis , laminated root rot fungus Phellinus sulphurascens , and trunk pathogen Porodaedalea pini . Many gene families of lignin-degrading enzymes were identified from these fungi, reflecting their ability as white rot fungi. Comparing against distant fungi highlighted the expansion of 1,3-beta-glucan synthases in P. noxius , which may account for its fast-growing attribute. We identified 13 linkage groups conserved within Agaricomycetes, suggesting the evolution of stable karyotypes. We determined that P. noxius has a bipolar heterothallic mating system, with unusual highly expanded ~60 kb A locus as a result of accumulating gene transposition. We investigated the population genomics of 60 P. noxius isolates across multiple islands of the Asia Pacific region. Whole-genome sequencing showed this multinucleate species contains abundant poly-allelic single-nucleotide-polymorphisms (SNPs) with atypical allele frequencies. Different patterns of intra-isolate polymorphism reflect mono-/heterokaryotic states which are both prevalent in nature. We have shown two genetically separated lineages with one spanning across many islands despite the geographical barriers. Both populations possess extraordinary genetic diversity and show contrasting evolutionary scenarios. These results provide a framework to further investigate the genetic basis underlying the fitness and virulence of white rot fungi.

Abstract Mushroom-forming fungi in the order Agaricales represent an independent origin of bioluminescence in the tree of life, yet the diversity, evolutionary history, and timing of the origin of fungal luciferases remain elusive. We sequenced the genomes and transcriptomes of five bonnet mushroom species ( Mycena spp.), a diverse lineage comprising the majority of bioluminescent fungi. Two species with haploid genome assemblies ∼150Mb are amongst the largest in Agaricales, and we found that a variety of repeats between Mycena species were differentially mediated by DNA methylation. We show that bioluminescence evolved in the last common ancestor of mycenoid and the marasmioid clade of Agaricales and was maintained through at least 160 million years of evolution. Analyses of synteny across genomes of bioluminescent species resolved how the luciferase cluster was derived by duplication and translocation, frequently rearranged and lost in most Mycena species, but conserved in the Armillaria lineage. Luciferase cluster members were co-expressed across developmental stages, with highest expression in fruiting body caps and stipes, suggesting fruiting-related adaptive functions. Our results contribute to understanding a de novo origin of bioluminescence and the corresponding gene cluster in a diverse group of enigmatic fungal species. Significance We present the genomes of five new bonnet mushroom Mycena species, formerly the last fungal bioluminescent lineage lacking reference genomes. These genome-scale datasets allowed us to construct an evolutionary model pinpointing all possible changes in the luciferase cluster across all fungi and additional genes involved in bioluminescence. We show that luciferase clusters were differentially lost in different fungal lineages and in particular a substantial loss was observed in the Mycena lineage. This can be attributed to genome regions of Mycena underwent different evolutionary dynamics. Our findings offer insights into the evolution of how a gene cluster that emerged 160 million years ago and was frequently lost or maintained due to differences in genome plasticity.

Abstract The ecology and genetic diversity of model yeast Saccharomyces cerevisiae prior to human domestication remain poorly understood. Taiwan is regarded as part of this yeast’s geographic birthplace where the most divergent natural lineage was discovered. Here, we deep sampled the broad-leaf forests across this continental island to probe the ancestral species diversity. We found that S. cerevisiae is distributed ubiquitously at low abundance in the forests. Whole-genome sequencing of 121 isolates revealed nine distinct lineages, the highest known in any region. Three lineages are endemic to Taiwan and six are widespread in Asia. Molecular dating placed the divergence of the Taiwanese and Asian lineages during the Pleistocene, when a transient continental shelf land bridge connected Taiwan to other major landmasses. Extensive historical and recent admixture events were detected between natural lineages. In particular, the genetic component from a lineage associated with fruits that spanned the widest geographical range was present in most admixed isolates. Collectively, Taiwanese isolates harbor genetic diversity comparable to that of the whole Asia continent, and different lineages have coexisted at a fine spatial scale even on the same tree. Patterns of variations within each lineage revealed that S. cerevisiae is highly clonal and predominantly reproduces asexually in nature. We detected prevalent purifying selection genome-wide, with lineage-specific signals of positive or directional selection independent between lineages. This study establishes that S. cerevisiae has rich natural diversity sheltered from human influences, making it a powerful model system in microbial ecology.

Carnivorous plant leaves, such as those of the spoon-leaved sundew Drosera spatulata, secrete mucilage which hosts microorganisms potentially aiding in prey digestion. We characterised the mucilage microbial communities and identified the acidophilic fungus Acrodontium crateriforme as the ecologically dominant species. The fungus grows and sporulates on sundew glands as its preferred acidic environment. We show that the A. crateriforme has a reduced genome similar to that of other symbiotic fungi. Based on the transcriptomes when encountering prey insects, we revealed a high degree of genes co-option in each species during fungus-plant coexistence and digestion. Expression patterns of the holobiont during digestion further revealed synergistic effects in several gene families including fungal aspartic and sedolisin peptidases, facilitating the digestion of sundew9s prey, as well as transporters and dose-dependent responses in plant genes involved in jasmonate signalling pathway. This study establishes that botanical carnivory is defined by multidimensional adaptations correlated with interspecies interactions.

Abstract Leaves of the carnivorous sundew plants ( Drosera spp.) secrete mucilage that hosts microorganisms, but whether this microbiota contributes to prey digestion is unclear. We identified the acidophilic fungus Acrodontium crateriforme as the dominant species in the mucilage microbial communities, thriving in multiple sundew species across the global range. The fungus grows and sporulates on sundew glands as its preferred acidic environment, and its presence in traps increased the prey digestion process. A. crateriforme has a reduced genome similar to other symbiotic fungi. During A. crateriforme – Drosera spatulata coexistence and digestion of prey insects, transcriptomes revealed significant gene co-option in both partners. Holobiont expression patterns during prey digestion further revealed synergistic effects in several gene families including fungal aspartic and sedolisin peptidases, facilitating prey digestion in leaves, as well as nutrient assimilation and jasmonate signalling pathway expression. This study establishes that botanical carnivory is defined by adaptations involving microbial partners and interspecies interactions.

Abstract Colletotrichum scovillei is a virulent pathogen and the dominant species causing anthracnose of chili pepper in many Asian countries. Three strains of this pathogen, Coll-524, Coll-153 and Coll-365, show varied virulence on chili pepper fruit. Among the three strains, Coll-365 showed significant defects in growth and virulence. To decipher the genetic variations among these strains and identify genes contributing to growth and virulence, in this study, comparative genomic analysis and gene transformation to verify gene function were applied. The genomes of the three strains were sequenced and Coll-524 had 1.3% and 1.5% more genes than Coll-153 and Coll-365, respectively. Compared to Coll-524 and Coll-153, Coll-365 had numerous gene losses including 33 effector genes that are distributed in different scaffolds and a cluster of 14 genes in a 34-kb genomic fragment. Through gene transformation, three genes in the 34-kb fragment were identified to have functions in growth and/or virulence of C. scovillei. Gene 15019 encoding a protein related to phospholipase A2-activating protein enhanced the growth of Coll-365. A combination of 15019 with one transcription factor gene 15022 and one C6 zinc finger domain-containing protein gene 15029 was found to enhance the pathogenicity of Coll-365. Introduction of gene 15215, which encodes a LysM domain-containing protein, into Coll-365 caused a reduction in the germination rate of Coll-365. In conclusion, the higher virulent strain Coll-524 had more genes and encoded more pathogenicity related proteins and transposable elements than the other two strains, which may contribute to the high virulence of Coll-524. In addition, the absence of the 34-kb fragment plays a critical role in the defects of growth and virulence of strain Coll-365. Author Summary Colletotrichum scovillei is a highly virulent and dominant pathogen causing anthracnose of chili that leads to significant economic loss in chili production in many Asia countries. In this study we focus on finding the gene differences of three C. scovillei strains with different pathogenicity in chili pepper infection and verifying the function of some genes in the lowest virulence strain. We sequenced them and did gene annotation and genome comparison. We setup a simple mathematical method to identify gene variations between strong and weak virulence strains. Our results show that the lowest virulence strain has less pathogenicity-related genes. We also found that the absence of 14 genes in a compact genomic fragment was part of the reason of growth and virulence defect of the lowest virulence strain. We identified four genes that play roles on fungal growth and/or virulence on chili pepper. We also found a group of effector genes that specifically appear in species collected form infected chili in C. acutatum species complex. Our research provides detailed information for why the three strains have different virulence on chili pepper.

Abstract The ability to correlate the functional relationship between microbial communities and their environment is critical to understanding microbial ecology. There is emerging knowledge on island biogeography of microbes but how island characteristics influence functions of microbial community remain elusive. Here, we explored soil mycobiomes from nine islands adjacent to Taiwan using ITS2 amplicon sequencing. Geographical distances and island size were positively correlated to dissimilarity in mycobiomes, and we identified 56 zero-radius operational taxonomic units (zOTUs) that were ubiquitously present across all islands, and as few as five Mortierella zOTUs dominate more than half of mycobiomes. Correlation network analyses revealed that seven of the 45 hub species were part of the ubiquitous zOTUs belonging to Mortierella, Trichoderma, Aspergillus, Clonostachys and Staphylotrichum . We sequenced and annotated the genomes of seven Mortierella isolates, and comparative predictions of KEGG orthologues using PICRUSt2 database updated with new genomes increased sequence reads coverage by 62.9% at the genus level. In addition, genes associated with carbohydrate and lipid metabolisms were differentially abundant between islands which remained undetected in the original database. Predicted functional pathways were similar across islands despite their geographical separation, difference in differentially abundant genes and composition. Our approach demonstrated the incorporation of the key taxa genomic data can improve functional gene prediction results and can be readily applied to investigate other niches of interests.