Cereal grasses of the Triticeae tribe have been the major food source in temperate regions since the dawn of agriculture. Their large genomes are characterized by a high content of repetitive elements and large pericentromeric regions that are virtually devoid of meiotic recombination. Here we present a high-quality reference genome assembly for barley (Hordeum vulgare L.). We use chromosome conformation capture mapping to derive the linear order of sequences across the pericentromeric space and to investigate the spatial organization of chromatin in the nucleus at megabase resolution. The composition of genes and repetitive elements differs between distal and proximal regions. Gene family analyses reveal lineage-specific duplications of genes involved in the transport of nutrients to developing seeds and the mobilization of carbohydrates in grains. We demonstrate the importance of the barley reference sequence for breeding by inspecting the genomic partitioning of sequence variation in modern elite germplasm, highlighting regions vulnerable to genetic erosion. The International Barley Genome Sequencing Consortium reports sequencing and assembly of a reference genome for barley, Hordeum vulgare. Triticeae grasses, which include barley, wheat and rye, are widely cultivated plants with particularly complex genomes and evolutionary histories. Sequencing of the barley genome has been particularly challenging owing to its large size and particular genomic features, such as an abundance of repetitive elements. Nils Stein and colleagues of the International Barley Genome Sequencing Consortium report sequencing and assembly of a reference genome for barley (Hordeumvulgare L). They use a combined approach of hierarchical shotgun sequencing of bacterial artificial chromosomes, genome mapping on nanochannel arrays and chromosome-scale scaffolding with Hi-C sequencing. This brings the first comprehensive, completely ordered assembly of the pericentromeric regions of a Triticeae genome. The authors also sequenced and examined genetic diversity in the exomes of 96 European elite barley lines with a spring or winter growth habit, and highlight the utility of this resource for cereal genomics and breeding programs.

The problem of supervised DNA sequence classification arises in several fields of computational molecular biology. Although this problem has been extensively studied, it is still computationally challenging due to size of the datasets that modern sequencing technologies can produce.We introduce CLARK a novel approach to classify metagenomic reads at the species or genus level with high accuracy and high speed. Extensive experimental results on various metagenomic samples show that the classification accuracy of CLARK is better or comparable to the best state-of-the-art tools and it is significantly faster than any of its competitors. In its fastest single-threaded mode CLARK classifies, with high accuracy, about 32 million metagenomic short reads per minute. CLARK can also classify BAC clones or transcripts to chromosome arms and centromeric regions.CLARK is a versatile, fast and accurate sequence classification method, especially useful for metagenomics and genomics applications. It is freely available at http://clark.cs.ucr.edu/ .

One of the main challenges in metagenomics is the identification of microorganisms in clinical and environmental samples. While an extensive and heterogeneous set of computational tools is available to classify microorganisms using whole-genome shotgun sequencing data, comprehensive comparisons of these methods are limited. In this study, we use the largest-to-date set of laboratory-generated and simulated controls across 846 species to evaluate the performance of 11 metagenomic classifiers. Tools were characterized on the basis of their ability to identify taxa at the genus, species, and strain levels, quantify relative abundances of taxa, and classify individual reads to the species level. Strikingly, the number of species identified by the 11 tools can differ by over three orders of magnitude on the same datasets. Various strategies can ameliorate taxonomic misclassification, including abundance filtering, ensemble approaches, and tool intersection. Nevertheless, these strategies were often insufficient to completely eliminate false positives from environmental samples, which are especially important where they concern medically relevant species. Overall, pairing tools with different classification strategies (k-mer, alignment, marker) can combine their respective advantages. This study provides positive and negative controls, titrated standards, and a guide for selecting tools for metagenomic analyses by comparing ranges of precision, accuracy, and recall. We show that proper experimental design and analysis parameters can reduce false positives, provide greater resolution of species in complex metagenomic samples, and improve the interpretation of results.

Cowpea (Vigna unguiculata [L.] Walp.) is a major crop for worldwide food and nutritional security, especially in sub-Saharan Africa, that is resilient to hot and drought-prone environments. An assembly of the single-haplotype inbred genome of cowpea IT97K-499-35 was developed by exploiting the synergies between single-molecule real-time sequencing, optical and genetic mapping, and an assembly reconciliation algorithm. A total of 519 Mb is included in the assembled sequences. Nearly half of the assembled sequence is composed of repetitive elements, which are enriched within recombination-poor pericentromeric regions. A comparative analysis of these elements suggests that genome size differences between Vigna species are mainly attributable to changes in the amount of Gypsy retrotransposons. Conversely, genes are more abundant in more distal, high-recombination regions of the chromosomes; there appears to be more duplication of genes within the NBS-LRR and the SAUR-like auxin superfamilies compared with other warm-season legumes that have been sequenced. A surprising outcome is the identification of an inversion of 4.2 Mb among landraces and cultivars, which includes a gene that has been associated in other plants with interactions with the parasitic weed Striga gesnerioides. The genome sequence facilitated the identification of a putative syntelog for multiple organ gigantism in legumes. A revised numbering system has been adopted for cowpea chromosomes based on synteny with common bean (Phaseolus vulgaris). An estimate of nuclear genome size of 640.6 Mbp based on cytometry is presented.

We present a global atlas of 4,728 metagenomic samples from mass-transit systems in 60 cities over 3 years, representing the first systematic, worldwide catalog of the urban microbial ecosystem. This atlas provides an annotated, geospatial profile of microbial strains, functional characteristics, antimicrobial resistance (AMR) markers, and genetic elements, including 10,928 viruses, 1,302 bacteria, 2 archaea, and 838,532 CRISPR arrays not found in reference databases. We identified 4,246 known species of urban microorganisms and a consistent set of 31 species found in 97% of samples that were distinct from human commensal organisms. Profiles of AMR genes varied widely in type and density across cities. Cities showed distinct microbial taxonomic signatures that were driven by climate and geographic differences. These results constitute a high-resolution global metagenomic atlas that enables discovery of organisms and genes, highlights potential public health and forensic applications, and provides a culture-independent view of AMR burden in cities.

Cowpea (Vigna unguiculata [L.] Walp.) is a major crop for worldwide food and nutritional security, especially in sub-Saharan Africa, that is resilient to hot and drought-prone environments. A high-quality assembly of the single-haplotype inbred genome of cowpea IT97K-499-35 was developed by exploiting the synergies between single molecule real-time sequencing, optical and genetic mapping, and a novel assembly reconciliation algorithm. A total of 519 Mb is included in the assembled sequences. Nearly half of the assembled sequence is composed of repetitive elements, which are enriched within recombination-poor pericentromeric regions. A comparative analysis of these elements suggests that genome size differences between Vigna species are mainly attributable to changes in the amount of Gypsy retrotransposons. Conversely, genes are more abundant in more distal, high-recombination regions of the chromosomes; there appears to be more duplication of genes within the NBS-LRR and the SAUR-like auxin superfamilies compared to other warm-season legumes that have been sequenced. A surprising outcome of this study is the identification of a chromosomal inversion of 4.2 Mb among landraces and cultivars, which includes a gene that has been associated in other plants with interactions with the parasitic weed Striga gesnerioides. The genome sequence also facilitated the identification of a putative syntelog for multiple organ gigantism in legumes. A new numbering system has been adopted for cowpea chromosomes based on synteny with common bean (Phaseolus vulgaris).

The growing number of metagenomic studies in medicine and environmental sciences is creating increasing demands on the computational infrastructure designed to analyze these very large datasets. Often, the construction of ultra-fast and precise taxonomic classifiers can compromise on their sensitivity (i.e., the number of reads correctly classified). Here we introduce CLARK-S, a new software tool that can classify short reads with high precision, high sensitivity and high speed at the same time.

Pathogenic bacteria in medical environments can lead to treatment complications and hospital acquired infections (HAIs), and current cleaning protocols do not address hard-to-access areas or that may be beyond line-of-sight treatment such as with ultraviolet radiation. Here, we tested the efficacy of Sanisport ozone as a means to treat hospital equipment and surfaces for killing bacteria. We observed a rapid killing of medically-relevant and environmental bacteria (Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Bacillus subtlis, and Deinococcus radiodurans) across four surfaces (blankets, catheter, remotes, and syringes) within 30 minutes, and up to a 99% reduction in viable bacteria at the end of 2-hour treatment cycles. These results show the strong promise of ozone treatment for reducing risk of infection and HAIs.

One of the main challenges in metagenomics is the identification of microorganisms in clinical and environmental samples. While an extensive and heterogeneous set of computational tools is available to classify microorganisms using whole genome shotgun sequencing data, comprehensive comparisons of these methods are limited. In this study, we use the largest (n=35) to date set of laboratory-generated and simulated controls across 846 species to evaluate the performance of eleven metagenomics classifiers. We also assess the effects of filtering and combining tools to reduce the number of false positives. Tools were characterized on the basis of their ability to (1) identify taxa at the genus, species, and strain levels, (2) quantify relative abundance measures of taxa, and (3) classify individual reads to the species level. Strikingly, the number of species identified by the eleven tools can differ by over three orders of magnitude on the same datasets. However, various strategies can ameliorate taxonomic misclassification, including abundance filtering, ensemble approaches, and tool intersection. Indeed, leveraging tools with different heuristics is beneficial for improved precision. Nevertheless, these strategies were often insufficient to completely eliminate false positives from environmental samples, which are especially important where they concern medically relevant species and where customized tools may be required. The results of this study provide positive controls, titrated standards, and a guide for selecting tools for metagenomic analyses by comparing ranges of precision and recall. We show that proper experimental design and analysis parameters, including depth of sequencing, choice of classifier or classifiers, database size, and filtering, can reduce false positives, provide greater resolution of species in complex metagenomic samples, and improve the interpretation of results.

Barley (Hordeum vulgare L.) possesses a large and highly repetitive genome of 5.1 Gb that has hindered the development of a complete sequence. In 2012, the International Barley Sequencing Consortium released a resource integrating whole-genome shotgun sequences with a physical and genetic framework. However, since only 6,278 BACs in the physical map were sequenced, detailed fine structure was limited. To gain access to the gene-containing portion of the barley genome at high resolution, we identified and sequenced 15,622 BACs representing the minimal tiling path of 72,052 physical mapped gene-bearing BACs. This generated about 1.7 Gb of genomic sequence containing 17,386 annotated barley genes. Exploration of the sequenced BACs revealed that although distal ends of chromosomes contain most of the gene-enriched BACs and are characterized by high rates of recombination, there are also gene-dense regions with suppressed recombination. Knowledge of these deviant regions is relevant to trait introgression, genome-wide association studies, genomic selection model development and map-based cloning strategies. Sequences and their gene and SNP annotations can be accessed and exported via http://harvest-web.org/hweb/utilmenu.wc or through the software HarvEST:Barley (download from harvest.ucr.edu). In the latter, we have implemented a synteny viewer between barley and Aegilops tauschii to aid in comparative genome analysis.