Zhangjun Fei and colleagues report the draft genome of a Chinese elite watermelon inbred line 97103 and resequencing of 20 diverse accessions that represent the three subspecies of Citrullus lunatus. Comparative genome-wide analyses identify the extent of genetic diversity and population structure of watermelon germplasm. Watermelon, Citrullus lanatus, is an important cucurbit crop grown throughout the world. Here we report a high-quality draft genome sequence of the east Asia watermelon cultivar 97103 (2n = 2× = 22) containing 23,440 predicted protein-coding genes. Comparative genomics analysis provided an evolutionary scenario for the origin of the 11 watermelon chromosomes derived from a 7-chromosome paleohexaploid eudicot ancestor. Resequencing of 20 watermelon accessions representing three different C. lanatus subspecies produced numerous haplotypes and identified the extent of genetic diversity and population structure of watermelon germplasm. Genomic regions that were preferentially selected during domestication were identified. Many disease-resistance genes were also found to be lost during domestication. In addition, integrative genomic and transcriptomic analyses yielded important insights into aspects of phloem-based vascular signaling in common between watermelon and cucumber and identified genes crucial to valuable fruit-quality traits, including sugar accumulation and citrulline metabolism.

Abstract Water lilies belong to the angiosperm order Nymphaeales. Amborellales, Nymphaeales and Austrobaileyales together form the so-called ANA-grade of angiosperms, which are extant representatives of lineages that diverged the earliest from the lineage leading to the extant mesangiosperms 1–3 . Here we report the 409-megabase genome sequence of the blue-petal water lily ( Nymphaea colorata ). Our phylogenomic analyses support Amborellales and Nymphaeales as successive sister lineages to all other extant angiosperms. The N. colorata genome and 19 other water lily transcriptomes reveal a Nymphaealean whole-genome duplication event, which is shared by Nymphaeaceae and possibly Cabombaceae. Among the genes retained from this whole-genome duplication are homologues of genes that regulate flowering transition and flower development. The broad expression of homologues of floral ABCE genes in N. colorata might support a similarly broadly active ancestral ABCE model of floral organ determination in early angiosperms. Water lilies have evolved attractive floral scents and colours, which are features shared with mesangiosperms, and we identified their putative biosynthetic genes in N. colorata . The chemical compounds and biosynthetic genes behind floral scents suggest that they have evolved in parallel to those in mesangiosperms. Because of its unique phylogenetic position, the N. colorata genome sheds light on the early evolution of angiosperms.

Abstract Background Sorghum ( Sorghum bicolor ) is globally produced as a source of food, feed, fiber and fuel. Grain and sweet sorghums differ in a number of important traits, including stem sugar and juice accumulation, plant height as well as grain and biomass production. The first whole genome sequence of a grain sorghum is available, but additional genome sequences are required to study genome-wide and intraspecific variation for dissecting the genetic basis of these important traits and for tailor-designed breeding of this important C 4 crop. Results We resequenced two sweet and one grain sorghum inbred lines, and identified a set of nearly 1,500 genes differentiating sweet and grain sorghum. These genes fall into ten major metabolic pathways involved in sugar and starch metabolisms, lignin and coumarin biosynthesis, nucleic acid metabolism, stress responses and DNA damage repair. In addition, we uncovered 1,057,018 SNPs, 99,948 indels of 1 to 10 bp in length and 16,487 presence/absence variations as well as 17,111 copy number variations. The majority of the large-effect SNPs, indels and presence/absence variations resided in the genes containing leucine rich repeats, PPR repeats and disease resistance R genes possessing diverse biological functions or under diversifying selection, but were absent in genes that are essential for life. Conclusions This is a first report of the identification of genome-wide patterns of genetic variation in sorghum. High-density SNP and indel markers reported here will be a valuable resource for future gene-phenotype studies and the molecular breeding of this important crop and related species.

ABSTRACT Background While genome evolutionary processes of seed plants are intensively investigated, very little is known about seed-free plants in this respect. Here, we use one of the largest groups of seed-free plants, the mosses, and newly generated chromosome-scale genome assemblies to investigate three poorly known aspects of genome dynamics and their underlying processes in seed-free plants: (i) genome size variation, (ii) genomic collinearity/synteny, and (iii) gene set differentiation. Results Comparative genomic analyses on the model moss Physcomitrium (Physcomitrella) patens and two genomes of Funaria hygrometrica reveal that, like in seed plants, genome size change (approx. 140 Mbp) is primarily due to transposable element expansion/contraction. Despite 60 million years of divergence, the genomes of P. patens and F. hygrometrica show remarkable chromosomal stability with the majority of homologous genes located in conserved collinear blocks. In addition, both genomes contain a relatively large set of lineage-specific genes with no detectible homologs in the other species’ genome, suggesting a highly dynamic gene space fueled by the process of de novo gene birth and loss rather than by gene family diversification/duplication. Conclusions These, combined with previous observations suggest that genome dynamics in mosses involves the coexistence of a collinear homologous and a highly dynamic species-specific gene sets. Besides its significance for understanding genome evolution, the presented chromosome-scale genome assemblies will provide a foundation for comparative genomic and functional studies in the Funariaceae, a family holding historical and contemporary model taxa in the evolutionary biology of mosses.

Abstract Magnolia biondii Pamp. (Magnoliaceae, magnoliids) is a phylogenetically, economically, and medicinally important ornamental tree species widely grown and cultivated in the north-temperate regions of China. Contributing a genome sequence for M. biondii will help resolve phylogenetic uncertainty of magnoliids and further understand individual trait evolution in Magnolia . We assembled a chromosome-level reference genome of M. biondii using ~67, ~175, and ~154 Gb of raw DNA sequences generated by Pacific Biosciences Single-molecule Real-time sequencing, 10X genomics Chromium, and Hi-C scaffolding strategies, respectively. The final genome assembly was ⍰2.22 Gb with a contig N50 of 269.11 Kb and a BUSCO complete gene ratio of 91.90%. About 89.17% of the genome length was organized to 19 chromosomes, resulting in a scaffold N50 of 92.86 Mb. The genome contained 48,319 protein-coding genes, accounting for 22.97% of the genome length, in contrast to 66.48% of the genome length for the repetitive elements. We confirmed a Magnoliaceae specific WGD event that might have probably occurred shortly after the split of Magnoliaceae and Annonaceae. Functional enrichment of the Magnolia specific and expanded gene families highlighted genes involved in biosynthesis of secondary metabolites, plant-pathogen interaction, and response to stimulus, which may improve ecological fitness and biological adaptability of the lineage. Phylogenomic analyses recovered a sister relationship of magnoliids and Chloranthaceae, which are sister to a clade comprising monocots and eudicots. The genome sequence of M. biondii could empower trait improvement, germplasm conservation, and evolutionary studies on rapid radiation of early angiosperms.

Abstract Background Mosses compose one of the three lineages that form the sister group to extant vascular plants. Having emerged from an early split in the diversification of embryophytes, mosses may offer complementary insights into the evolution of traits following the transition to and colonization of land. Here, we report the draft nuclear genome of Fontinalis antipyretica (Fontinalaceae, Hypnales), a charismatic aquatic moss widespread in temperate regions of the Northern Hemisphere. We sequenced and de novo assembled its genome using the 10 × genomics method. The genome comprises 486.3 Mb, with a scaffold N50 of 38.8 kb. The assembly captured 89.4% of the 303 genes in the BUSCO eukaryote dataset. The newly generated F. antipyretica genome is the third genome of mosses, and the second genome for a seedless aquatic plant.

Cycad is a key lineage to understand the early evolution of seed plants and their response to past environmental changes. However, tracing the evolutionary trajectory of cycad species is challenging when the robust relationships at inter- or infrageneric level are not well resolved.

The Ten Eleven Translocation 1 (TET1) protein is a DNA demethylase that regulates gene expression through alteration of DNA methylation. Recent studies have demonstrated that TET1 could modulate transcriptional expression independent of its DNA demethylation activity; however, the detailed mechanisms underlying TET1’s role in such transcriptional regulation remain not well understood. Here, we uncovered that Tet1 formed a chromatin complex with histone acetyltransferase Mof and scaffold protein Sin3a in mouse embryonic stem cells by integrative genomic analysis using publicly available ChIP-seq data sets. Specifically, the TET1/SIN3A/hMOF complex mediates acetylation of histone H4 at lysine 16, via facilitating the binding of hMOF on chromatin, to regulate expression of important DNA repair genes in DNA double strand breaks, including TP53BP1, RAD50, RAD51, and BRCA1, for homologous recombination and non-homologous end joining repairs. Under hydrogen peroxide-induced DNA damage, dissociation of TET1 and hMOF from chromatin, concurrent with increased binding of SIRT1 on chromatin, led to hypo-acetylation of H4K16, reduced expression of these DNA repair genes, and DNA repair defects in a DNA methylation independent manner. A similar epigenetic dynamic alteration was also observed in H-RASV12 oncogenic-transformed cells, supporting the notion that suppression of TET1 downregulates DNA repair genes through modifying H4K16ac, instead of its demethylation function, and therefore contribute to tumorigenesis. Taken together, our results suggested a mechanistic link between a novel TET1 complex and H4K16ac, DNA repair genes expression, and genomic instability.

The polar regions host a diverse array of moss species that have evolved to thrive extreme environments. These mosses exhibit remarkable adaptations, including tolerance to freezing temperatures, desiccation, and ultraviolet radiation. Despite their ecological significance, genomic data on these organisms are still limited, impeding our understanding of their evolutionary history and adaptive mechanisms in the context of climate change. In this study, we present the first chromosome-scale genome assembly and annotation of the Arctic moss Ptychostomum knowltonii. The assembled genome is 408.8 Mb in size, anchored to 12 pseudochromosomes, with a scaffold N50 of 32.61 Mb. Repetitive elements account for 56.24% of the genome. The genome contains 28,014 protein-coding genes, with a BUSCO completeness of 96.20%. This genomic resource will enable future comparative genomic studies, enhancing our understanding of how polar mosses may respond to a warming climate and shedding light on their evolutionary trajectories in persistently extreme environments.