Premise of the study: Using sequence data generated via target enrichment for phylogenetics requires reassembly of high‐throughput sequence reads into loci, presenting a number of bioinformatics challenges. We developed HybPiper as a user‐friendly platform for assembly of gene regions, extraction of exon and intron sequences, and identification of paralogous gene copies. We test HybPiper using baits designed to target 333 phylogenetic markers and 125 genes of functional significance in Artocarpus (Moraceae). Methods and Results: HybPiper implements parallel execution of sequence assembly in three phases: read mapping, contig assembly, and target sequence extraction. The pipeline was able to recover nearly complete gene sequences for all genes in 22 species of Artocarpus . HybPiper also recovered more than 500 bp of nontargeted intron sequence in over half of the phylogenetic markers and identified paralogous gene copies in Artocarpus . Conclusions: HybPiper was designed for Linux and Mac OS X and is freely available at https://github.com/mossmatters/HybPiper .

Abstract Hornworts, liverworts and mosses are three early diverging clades of land plants, and together comprise the bryophytes. Here, we report the draft genome sequence of the hornwort Anthoceros angustus . Phylogenomic inferences confirm the monophyly of bryophytes, with hornworts sister to liverworts and mosses. The simple morphology of hornworts correlates with low genetic redundancy in plant body plan, while the basic transcriptional regulation toolkit for plant development has already been established in this early land plant lineage. Although the Anthoceros genome is small and characterized by minimal redundancy, expansions are observed in gene families related to RNA editing, UV protection and desiccation tolerance. The genome of A. angustus bears the signatures of horizontally transferred genes from bacteria and fungi, in particular of genes operating in stress-response and metabolic pathways. Our study provides insight into the unique features of hornworts and their molecular adaptations to live on land.

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 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.

Abstract Allopolyploids represent a new frontier in species discovery among embryophytes. Within mosses, allopolyploid discovery is challenged by low morphological complexity. The rapid expansion of sub-genome sequencing approaches in addition to computational developments to identifying genome merger and whole-genome duplication using variation among nuclear loci representing homeologs has allowed for increased allopolyploid discovery among mosses. We confirm the intergeneric hybrid nature of Entosthodon hungaricus , and the allopolyploid origin of P. eurystomum and of one population of P. collenchymatum . We also reveal that hybridization gave rise to P. immersum , as well as to yet unrecognized lineages sharing the phenotype of P. pyriforme , and P. sphaericum. Our findings demonstrate the utility of a novel approach to phasing homeologs within loci and phasing loci across subgenomes, or subgenome assignment, called homologizer, when working with polyploid genomes, and its value in identifying progenitor species using target capture data.

ABSTRACT Chloroplast genes are present at high ploidy in plants, and capable of driving very high levels of gene expression if mRNA production and stability are properly regulated. Marchantia polymorpha is a simple model plant that allows rapid transformation studies, however post-transcriptional regulation in plastids is poorly characterized in this liverwort. We have mapped patterns of transcription in Marchantia chloroplasts. Furthermore, we have obtained and compared sequences from 51 early-divergent plant species, and identified putative sites for pentatricopeptide repeat protein binding that are thought to play important roles in mRNA stabilisation. Candidate binding sites were tested for their ability to confer high levels of reporter gene expression in Marchantia chloroplasts, and levels of protein production and effects on growth were measured in homoplasmic transformed plants. We have produced novel DNA tools for protein hyper-expression in a facile plant system that is a test-bed for chloroplast engineering.

The first reference genome assembly of the moss Physcomitrellopsis africana, a rare narrow endemic terricolous species from southeastern coastal forests of South Africa, is presented here. Phylogenetically, Physcomitrellopsis africana bridges the major evo-devo moss models Physcomitrium patens and Funaria hygrometrica, which diverged from their common ancestor 60-80 million years ago. The Physcomitrellopsis africana genome was assembled with both long Nanopore reads (73x) and short Illumina reads (163x). The 440 Mb assembly comprises 2,396 contigs and 23,493 protein-coding genes (BUSCO: C:96.0%[D:13.9%]), including two unique genes of putative microbial origin absent in close relatives. While the informatic approaches to genome assembly are becoming more standardized, best practices for contamination detection are less defined. The long reads sequenced for the Physcomitrellopsis africana genome contained approximately 12% contamination originating from microbial sources. This study describes the informatic processes employed to distinguish contaminants from candidate horizontal gene transfer events. Following the assembly and annotation, examination of whole genome duplication, and patterns of gene family expansion and contraction, were conducted. The genome bears signatures of two whole genome duplications shared with Physcomitrium patens and F. hygrometrica. Comparative analyses of gene family evolution revealed contractions associated with the light harvesting regulatory network in Physcomitrellopsis africana in comparison to Physcomitrium patens and F. hygrometrica. This first high-quality African bryophyte genome provides insights into genome evolution and HGT in an understudied moss lineage.