Pearl millet [Cenchrus americanus (L.) Morrone] is a staple food for more than 90 million farmers in arid and semi-arid regions of sub-Saharan Africa, India and South Asia. We report the ∼1.79 Gb draft whole genome sequence of reference genotype Tift 23D2B1-P1-P5, which contains an estimated 38,579 genes. We highlight the substantial enrichment for wax biosynthesis genes, which may contribute to heat and drought tolerance in this crop. We resequenced and analyzed 994 pearl millet lines, enabling insights into population structure, genetic diversity and domestication. We use these resequencing data to establish marker trait associations for genomic selection, to define heterotic pools, and to predict hybrid performance. We believe that these resources should empower researchers and breeders to improve this important staple crop.

The adaptive radiation of Bromeliaceae (pineapple family) is one of the most diverse among Neotropical flowering plants. Diversification in this group was facilitated by several ‘key innovations’ including the transition from C3 to CAM photosynthesis. We used a phylogenomic approach complemented by differential gene expression (RNA-seq) and targeted metabolite profiling to address the patterns and mechanisms of C3/CAM evolution in the extremely species-rich bromeliad genus Tillandsia and related taxa. Evolutionary analyses at a range of different levels (selection on protein-coding genes, gene duplication and loss, regulatory evolution) revealed three common themes driving the evolution of CAM: response to heat and drought, alterations to basic carbohydrate metabolism, and regulation of organic acid storage. At the level of genes and their products, CAM/C3 shifts were accompanied by gene expansion of a circadian regulator, re-programming of ABA-related gene expression, and adaptive sequence evolution of an enolase, effectively linking carbohydrate metabolism to ABA-mediated stress response. These changes include several pleiotropic regulators, which facilitated the evolution of correlated adaptive traits during a textbook adaptive radiation.

Abstract Chloroplast development is initiated by light-signals triggering the expression of nuclear encoded chloroplast genes in a first phase, followed by massive structural changes in the transition from proplastids to mature chloroplasts in the second phase. While the molecular players involved in the first phase are currently emerging, regulatory components of the second phase, demanding high plastid translational capacity and RNA processing, are still enigmatic. This is mostly due to the very limited amount of plant material at the early phases of development that makes biochemical studies such as identifying protein interaction networks very difficult. To overcome this problem, we developed a TurboID-based proximity labelling workflow that requires only very limited sample amounts to obtain mechanistic insights into protein interaction networks present in the early stages of plastid development. We used the CGL20a protein, a novel factor involved in chloroplast development, as bait for in vivo proximity labelling in developing seedlings 7 days after germination. We found that CGL20a resides in a nexus of RNA binding proteins mainly associated to ribosomal RNA (rRNA) including different ribosome-associated proteins. One-sentence summary The use of plastid-specific in vivo proximity labelling in Arabidopsis seedlings allows to identify novel components in chloroplast development in higher plants.

Potato, the most important non-cereal crop, is highly water and space efficient but susceptible to abiotic stress such as heat, drought, or flooding. Climate change is severely increasing the likelihood of such stresses to occur individually, sequentially, or simultaneously. However, the understanding of acclimation to abiotic stress in crops in general, especially with multiple stresses, is still very limited. Here, we present a comprehensive one month-long molecular and physiological high-throughput profiling of potato (Solanum tuberosum, cv. Dsir;e) under both single and multiple abiotic stresses, designed to mimic realistic future scenarios. Acclimation time-responses were monitored via daily phenomic analysis and leaf samples were processed for multi-omics spanning from transcriptomics to proteomics and hormonomics. Additionally, critical metabolites of tuber samples were analysed at the end of the period. To facilitate the multi-omics analyses, the dataset was integrated with prior knowledge, which is indispensable for development of high-throughput pipelines in agricultural research. Waterlogging had the most immediate and dramatic effects, with responses similar to drought stress. In addition, we observed distinct stress signatures at multiple molecular levels in response to heat or drought and to a combination of both. In general, there was a downregulation of photosynthesis at different molecular levels, accumulation of minor amino acids and diverse stress induced hormones. Our integrative multi-omics analysis provides global insights into plant stress responses, facilitating improved breeding strategies.