The International Strawberry Sequencing Consortium reports the draft genome of the woodland strawberry (Fragaria vesca). The genome of this diploid species should serve as a reference genome for the Fragaria genus, as the cultivated strawberry (Fragaria × ananassa) is an octoploid where F. vesca is predicted to be a subgenome donor. The woodland strawberry, Fragaria vesca (2n = 2x = 14), is a versatile experimental plant system. This diminutive herbaceous perennial has a small genome (240 Mb), is amenable to genetic transformation and shares substantial sequence identity with the cultivated strawberry (Fragaria × ananassa) and other economically important rosaceous plants. Here we report the draft F. vesca genome, which was sequenced to ×39 coverage using second-generation technology, assembled de novo and then anchored to the genetic linkage map into seven pseudochromosomes. This diploid strawberry sequence lacks the large genome duplications seen in other rosids. Gene prediction modeling identified 34,809 genes, with most being supported by transcriptome mapping. Genes critical to valuable horticultural traits including flavor, nutritional value and flowering time were identified. Macrosyntenic relationships between Fragaria and Prunus predict a hypothetical ancestral Rosaceae genome that had nine chromosomes. New phylogenetic analysis of 154 protein-coding genes suggests that assignment of Populus to Malvidae, rather than Fabidae, is warranted.

The oral microbiome, the complex ecosystem of microbes inhabiting the human mouth, harbors several thousands of bacterial types. The proliferation of pathogenic bacteria within the mouth gives rise to periodontitis, an inflammatory disease known to also constitute a risk factor for cardiovascular disease. While much is known about individual species associated with pathogenesis, the system-level mechanisms underlying the transition from health to disease are still poorly understood. Through the sequencing of the 16S rRNA gene and of whole community DNA we provide a glimpse at the global genetic, metabolic, and ecological changes associated with periodontitis in 15 subgingival plaque samples, four from each of two periodontitis patients, and the remaining samples from three healthy individuals. We also demonstrate the power of whole-metagenome sequencing approaches in characterizing the genomes of key players in the oral microbiome, including an unculturable TM7 organism. We reveal the disease microbiome to be enriched in virulence factors, and adapted to a parasitic lifestyle that takes advantage of the disrupted host homeostasis. Furthermore, diseased samples share a common structure that was not found in completely healthy samples, suggesting that the disease state may occupy a narrow region within the space of possible configurations of the oral microbiome. Our pilot study demonstrates the power of high-throughput sequencing as a tool for understanding the role of the oral microbiome in periodontal disease. Despite a modest level of sequencing (∼2 lanes Illumina 76 bp PE) and high human DNA contamination (up to ∼90%) we were able to partially reconstruct several oral microbes and to preliminarily characterize some systems-level differences between the healthy and diseased oral microbiomes.

Abstract Polyploidy is an evolutionary innovation for many animals and all flowering plants, but its impact on selection and domestication remains elusive. Here we analyze genome evolution and diversification for all five allopolyploid cotton species, including economically important Upland and Pima cottons. Although these polyploid genomes are conserved in gene content and synteny, they have diversified by subgenomic transposon exchanges that equilibrate genome size, evolutionary rate heterogeneities and positive selection between homoeologs within and among lineages. These differential evolutionary trajectories are accompanied by gene-family diversification and homoeolog expression divergence among polyploid lineages. Selection and domestication drive parallel gene expression similarities in fibers of two cultivated cottons, involving coexpression networks and N 6 -methyladenosine RNA modifications. Furthermore, polyploidy induces recombination suppression, which correlates with altered epigenetic landscapes and can be overcome by wild introgression. These genomic insights will empower efforts to manipulate genetic recombination and modify epigenetic landscapes and target genes for crop improvement.

Brassica rapa comprises several important cultivated vegetables and oil crops. Current reference genome assemblies of Brassica rapa are quite fragmented and not highly contiguous, thereby limiting extensive genetic and genomic analyses. Here, we report an improved assembly of the B. rapa genome (v3.0) using single-molecule sequencing, optical mapping, and chromosome conformation capture technologies (Hi-C). Relative to the previous reference genomes, our assembly features a contig N50 size of 1.45 Mb, representing a ~30-fold improvement. We also identified a new event that occurred in the B. rapa genome ~1.2 million years ago, when a long terminal repeat retrotransposon (LTR-RT) expanded. Further analysis refined the relationship of genome blocks and accurately located the centromeres in the B. rapa genome. The B. rapa genome v3.0 will serve as an important community resource for future genetic and genomic studies in B. rapa. This resource will facilitate breeding efforts in B. rapa, as well as comparative genomic analysis with other Brassica species.

Polyploidization, both ancient and recent, is frequent among plants. A "two-step theory" was proposed to explain the meso-triplication of the Brassica "A" genome: Brassica rapa. By accurately partitioning of this genome, we observed that genes in the less fractioned subgenome (LF) were dominantly expressed over the genes in more fractioned subgenomes (MFs: MF1 and MF2), while the genes in MF1 were slightly dominantly expressed over the genes in MF2. The results indicated that the dominantly expressed genes tended to be resistant against gene fractionation. By re-sequencing two B. rapa accessions: a vegetable turnip (VT117) and a Rapid Cycling line (L144), we found that genes in LF had less non-synonymous or frameshift mutations than genes in MFs; however mutation rates were not significantly different between MF1 and MF2. The differences in gene expression patterns and on-going gene death among the three subgenomes suggest that "two-step" genome triplication and differential subgenome methylation played important roles in the genome evolution of B. rapa.

Sub-therapeutic antibiotics are widely used as growth promoters in the poultry industry; however, the resulting antibiotic resistance threatens public health. A plant-derived growth promoter, Macleaya cordata extract (MCE), with effective ingredients of benzylisoquinoline alkaloids, is a potential alternative to antibiotic growth promoters. Altered intestinal microbiota play important roles in growth promotion, but the underlying mechanism remains unknown. We generated 1.64 terabases of metagenomic data from 495 chicken intestinal digesta samples and constructed a comprehensive chicken gut microbial gene catalog (9.04 million genes), which is also the first gene catalog of an animal’s gut microbiome that covers all intestinal compartments. Then, we identified the distinctive characteristics and temporal changes in the foregut and hindgut microbiota. Next, we assessed the impact of MCE on chickens and gut microbiota. Chickens fed with MCE had improved growth performance, and major microbial changes were confined to the foregut, with the predominant role of Lactobacillus being enhanced, and the amino acids, vitamins, and secondary bile acids biosynthesis pathways being upregulated, but lacked the accumulation of antibiotic-resistance genes. In comparison, treatment with chlortetracycline similarly enriched some biosynthesis pathways of nutrients in the foregut microbiota, but elicited an increase in antibiotic-producing bacteria and antibiotic-resistance genes. The reference gene catalog of the chicken gut microbiome is an important supplement to animal gut metagenomes. Metagenomic analysis provides insights into the growth-promoting mechanism of MCE, and underscored the importance of utilizing safe and effective growth promoters.

Abstract The rapid wide-scale spread of fall armyworm ( Spodoptera frugiperda ) has caused serious crop losses globally. However, differences in the genetic background of subpopulations and the mechanisms of rapid adaptation behind the invasion are still not well understood. Here we report a 393.25-M chromosome-level genome assembly of fall armyworm with scaffold N50 of 13.3 M consisting of 23281 annotated protein-coding genes. Genome-wide resequencing of 105 samples from 16 provinces in China revealed that the fall armyworm population comprises a complex inter-strain hybrid, mainly with the corn-strain genetic background and less of the rice-strain genetic background, which highlights the inaccuracy of strain identification using mitochondrial or Tpi genes. An analysis of genes related to pesticide- and Bt-resistance showed that the risk of fall armyworm developing resistance to conventional pesticides is very high, while remaining currently susceptible to Bt toxins. Laboratory bioassay results showed that insects invading China carry resistance to organophosphate and pyrethroid pesticides, but are sensitive to genetically modified maize expressing Cry1Ab in field experiments. Additionally, we found that two mitochondrial fragments are inserted into the nuclear genome, and the insertion event occurred after the differentiation of the two strains. This study represents a valuable advancement toward the analysis of genetic differences among subpopulations and improving management strategies for fall armyworm.

ABSTRACT Longan ( Dimocarpus longan ) is a subtropical fruit best known for its nutritious fruit and regarded as a precious tonic and traditional medicine since ancient times. High-quality chromosome-scale genome assembly is valuable for functional genomic study and genetic improvement of longan. Here, we report a chromosome-level reference genome sequence for longan cultivar JDB with an assembled genome of 455.5 Mb in size anchored to fifteen chromosomes, representing a significant improvement of contiguity (contig N50=12.1 Mb, scaffold N50= 29.5 Mb) over a previous draft assembly. A total of 40,420 protein-coding genes were predicted in D. longan genome. Synteny analysis suggests longan shares the widespread gamma event with core eudicots, but has no other whole genome duplications. Comparative genomics showed that D. longan genome experienced significant expansions of gene families related to phenylpropanoid biosynthesis and UDP-glucosyltransferase. Deep genome sequencing analysis of longan cultivars identified longan biogeography as a major contributing factor for genetic diversity, and revealed a clear population admixture and introgression among cultivars of different geographic origins, postulating a likely migration trajectory of longan overall confirmed by existing historical records. Finally, genome-wide association studies (GWAS) of longan cultivars identified quantitative trait loci (QTL) for six different fruit quality traits and revealed a shared QTL containing three genes for total soluble solid and seed weight. The chromosome-level reference genome assembly, annotation and population genetic resource for D. longan will facilitate the molecular studies and breeding of desirable longan cultivars in the future.

Straw and biochar, two commonly used soil amendments, have been shown to enhance soil fertility and the composition of microbial communities. To compare the effects of straw and biochar on soil fertility, particularly focusing on soil dissolved organic matter (DOM) components, and the physiochemical properties of soil and microbial communities, a combination of high-throughput sequencing and three-dimensional fluorescence mapping technology was employed. In our study, we set up four treatments, i.e., without biochar and straw (B0S0); biochar only (B1S0); straw returning only (B0S1); and biochar and straw (B1S1). Our results demonstrate that soil organic matter (SOM), available nitrogen (AN), and available potassium (AK) were increased by 34.71%, 22.96%, and 61.68%, respectively, under the B1S1 treatment compared to the B0S0 treatment. In addition, microbial carbon (MBC), dissolved organic carbon (DOC), and particulate organic carbon (POC) were significantly increased with the B1S1 treatment, by 55.13%, 15.59%, and 125.46%, respectively. The results also show an enhancement in microbial diversity, the composition of microbial communities, and the degree of soil humification with the application of biochar and straw. Moreover, by comparing the differences in soil fertility, DOM components, and other indicators under different treatments, the combined treatments of biochar and straw had a more significant positive impact on paddy soil fertility compared to biochar. In conclusion, our study revealed the combination of straw incorporation and biochar application has significant impacts and is considered an effective approach to improving soil fertility.