Large-scale genome-wide association (GWA) studies have become an important tool in human genomics, mostly focused on disease but also on adaptive variations such as skin colour. The technique is now shown to be similarly useful in plants. Atwell et al. report a GWA study of over a hundred phenotypes in naturally occurring inbred lines of Arabidopsis thaliana. The results range from significant associations, usually for single genes, to more difficult-to-interpret findings that indicate confounding by complex genetics and population structure. The accompanying paper by Todesco et al. demonstrates the ability of this technique to detect major-effect gene loci. Using forward genetics and GWA analyses, they show that variation at a single locus (ACD6) in Arabidopsis underlies phenotypic variation in vegetative growth as well as resistance to infection. The strong enhancement of resistance mediated by one of the alleles at this locus explains its persistence in natural populations throughout the world, despite it drastically reducing new leaf production. Here, large-scale genome-wide association studies were carried out with the naturally occurring inbred lines of Arabidopsis thaliana, which can be genotyped once and phenotyped repeatedly. The results range from significant associations, usually corresponding to single genes, to findings that are more difficult to interpret, because confounding by complex genetics and population structure makes it hard to distinguish true associations from false. Although pioneered by human geneticists as a potential solution to the challenging problem of finding the genetic basis of common human diseases1,2, genome-wide association (GWA) studies have, owing to advances in genotyping and sequencing technology, become an obvious general approach for studying the genetics of natural variation and traits of agricultural importance. They are particularly useful when inbred lines are available, because once these lines have been genotyped they can be phenotyped multiple times, making it possible (as well as extremely cost effective) to study many different traits in many different environments, while replicating the phenotypic measurements to reduce environmental noise. Here we demonstrate the power of this approach by carrying out a GWA study of 107 phenotypes in Arabidopsis thaliana, a widely distributed, predominantly self-fertilizing model plant known to harbour considerable genetic variation for many adaptively important traits3. Our results are dramatically different from those of human GWA studies, in that we identify many common alleles of major effect, but they are also, in many cases, harder to interpret because confounding by complex genetics and population structure make it difficult to distinguish true associations from false. However, a-priori candidates are significantly over-represented among these associations as well, making many of them excellent candidates for follow-up experiments. Our study demonstrates the feasibility of GWA studies in A. thaliana and suggests that the approach will be appropriate for many other organisms.

Parasitic nematodes (roundworms) and platyhelminths (flatworms) cause debilitating chronic infections of humans and animals, decimate crop production and are a major impediment to socioeconomic development. Here we report a broad comparative study of 81 genomes of parasitic and non-parasitic worms. We have identified gene family births and hundreds of expanded gene families at key nodes in the phylogeny that are relevant to parasitism. Examples include gene families that modulate host immune responses, enable parasite migration though host tissues or allow the parasite to feed. We reveal extensive lineage-specific differences in core metabolism and protein families historically targeted for drug development. From an in silico screen, we have identified and prioritized new potential drug targets and compounds for testing. This comparative genomics resource provides a much-needed boost for the research community to understand and combat parasitic worms. Comparative study of 81 genomes of parasitic and non-parasitic worms identifies gene family births and expanded gene families at key nodes in the phylogeny that are relevant to parasitism and proteins historically targeted for drug development.

Abstract The Qinghai-Tibet Plateau (QTP) encompasses areas with a remarkably high degree of biodiversity, harboring exceptional species-rich radiations. How these radiations formed by interacting with geology, climate and ecology remains seldom examined. We investigate the roles of abiotic (environmental) and biotic (species-intrinsic) factors in driving radiating diversification of Saussurea (Asteraceae) by deploying a number of time-dependent, paleoenvironment-dependent and trait-dependent models, as well as ecological distribution data. We show that three main clades of Saussurea begin to diversify in the Miocene almost simultaneously, with increasing diversification rates toward the present and negative dependence to paleotemperature. Acceleration in diversification rates are correlated with adaptive traits, as well climate lability, niche breadth and species range. We conclude that fluctuation of paleoclimate along with complex QTP environments provided opportunities for increased diversification rates of Saussurea with diverse adaptive traits, highlighting the importance of combinations of clade-specific traits and ecological niches in driving rapid radiation.

Abstract Asexual lineages are perceived to be short-lived on evolutionary timescales due to accumulation of deleterious mutations. Hence reports for exceptional cases of putative ‘ancient asexual’ species usually raise doubts about whether such species are recently derived or engage in some undocumented sexual reproduction. However, there have been few studies to solve the mystery. The monotypic Kingdonia dating to the early Eocene, contains only K. uniflora that has no known definitive evidence for sexual reproduction nor records for having closely related congeneric sexual species, seeming to have persisted under strict asexuality for long periods of time. In this study, we use population genomic analyses to test for reproduction mode and infer the evolutionary process and mechanisms facilitating the survival of the species. Our results indicate the presence of three differentiating genetic lineages within the species and support that asexual reproduction in K. uniflora indicated by high allelic heterozygosity had occurred prior to the lineage differentiation (∼0.5 mya). We also detected DNA recombination events in some populations, in line with occurrence of unseen and unevenly distributed sexual reproduction among populations. However the observation of high linkage disequilibrium, relatively high ratio of π N / π S (nonsynonymous versus synonymous nucleotide diversity), together with high allelic heterozygosity suggest the sexual reproduction is infrequent. Furthermore, we found that genes containing SNPs with elevated F st values are significantly enriched in functions associated with seed development, suggesting differentiation in genes regulating seed development is likely to be the key reason of the uneven distribution of sexual reproduction in K. uniflora . Evidence from our study supports predominate asexual reproduction in K. uniflora , but unseen sexual reproduction must have played a key role to ensure the long-term survival of the lineage in general. Uneven distribution of sexual reproduction in the species may be a key factor underlying the observed genetic differentiation between populations. This study provides novel insights into the reproduction and evolution of Kingdonia , a relict lineage evolved in the Paleogene and known for asexual reproduction, and demonstrate the power of data from population genome sequencing in resolving long-standing evolutionary questions.

Abstract Evolutionary convergence is one of the most striking examples of adaptation driven by natural selection. However, genomic evidence for convergent adaptation to extreme environments remains scarce. The Himalaya-Hengduan Mountains represent the world’s most species-rich temperate alpine biota, providing an ideal “natural laboratory” for studying convergent adaptation to high altitudes. Here, we generate reference genomes for two alpine plants, Saussurea obvallata (Asteraceae) and Rheum alexandrae (Polygonaceae), with 37,938 and 61,463 annotated protein-coding genes. By integrating an additional five alpine genomes, we investigate genomic signatures of convergent adaptation to the hostile environments of high altitudes. We show that alpine genomes tend to mitigate their genetic load by contracting genes functioning in the immune system to survive such harsh environments with few pathogens present. We detect signatures of convergent positive selection on a set of genes involved in reproduction and development and reveal that molecular convergence has acted on genes involved in self-incompatibility, cell wall modification, DNA repair and stress resistance, which underlie adaptation to extremely cold, high UV radiation and hypoxia environments. Using gene expression profiles, we further demonstrate that genes associated with cuticular wax and flavonoid biosynthetic pathways exhibit higher expression levels in leafy bracts, shedding lights on the genetic mechanisms of the adaptive ‘greenhouse’ morphology. Our integrative data provide genomic insights into the convergent evolution at higher-taxonomic levels, aiding in deep understanding of genetic adaptation to complex environments.

A primary goal of phylogeography is understanding how geographical and ecological factors shape the genetic structure and evolutionary history of species. Environmental factors can act in concert and vary in space, resulting in divergent natural selection leading to genetic divergence during

Trachidermus fasciatus is a roughskin sculpin fish widely located at the coastal areas of East Asia. Due to the environmental destruction and overfishing, the populations of this species have been under threat. It is important to have a reference genome to study the population genetics, domestic farming, and genetic resource protection. However, currently, there is no reference genome for Trachidermus fasciatus, which has greatly hurdled the studies on this species. In this study, we proposed to integrate nanopore long reads sequencing, Illumina short reads sequencing and Hi-C methods to thoroughly de novo assemble the genome of Trachidermus fasciatus. Our results provided a chromosome-level high quality genome assembly with a total length of about 543 Mb, and with N50 of 23 Mb. Based on de novo gene prediction and RNA sequencing information, a total of 38728 genes were found, including 23191 protein coding genes, 2149 small RNAs, 5572 rRNAs, and 7816 tRNAs. Besides, about 23% of the genome area is covered by the repetitive elements. Furthermore, The BUSCO evaluation of the completeness of the assembled genome is more than 96%, and the single base accuracy is 99.997%. Our study provided the first whole genome reference for the species of Trachidermus fasciatus, which might greatly facilitate the future studies on this species.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

A storm surge, classified as an extreme natural disaster, refers to unusual sea level fluctuations induced by severe atmospheric disturbances such as typhoons. Existing reanalysis data, such as ERA5, significantly underestimates the location and maximum wind speed of typhoons. Therefore, this study initially assesses the accuracy of tropical cyclone positions and peak wind speeds in the ERA5 reanalysis dataset. These results are compared against tropical cyclone parameters from the IBTrACS (International Best Track Archive for Climate Stewardship). The position deviation of tropical cyclones in ERA5 is mainly within the range of 10 to 60 km. While the correlation of maximum wind speed is significant, there is still considerable underestimation. A wind field reconstruction model, incorporating tropical cyclone characteristics and a distance correction factor, was employed. This model considers the effects of the surrounding environment during the movement of the tropical cyclone by introducing a decay coefficient. The reconstructed wind field significantly improved the representation of the typhoon eyewall and high-wind-speed regions, showing a closer match with wind speeds observed by the HY-2B scatterometer. Through simulations using the FVCOM (Finite Volume Community Ocean Model) storm surge model, the reconstructed wind field demonstrated higher accuracy in reproducing water level changes at Tanxu, Gaoqiao, and Zhangjiabang stations. During the typhoon’s landfall in Shanghai, the area with the greatest water level increase was primarily located in the coastal waters of Pudong New Area, Shanghai, where the highest total water level reached 5.2 m and the storm surge reached 4 m. The methods and results of this study provide robust technical support and a valuable reference for further storm surge forecasting, marine disaster risk assessment, and coastal disaster prevention and mitigation efforts.

Kingdonia uniflora, an alpine herb, has an extremely narrow distribution and represents a model for studying evolutionary mechanisms of species that have adapted to undisturbed environments for evolutionary long periods of time. We assembled a 1,004.7-Mb draft genome (encoding 43,301 genes) and investigated the evolutionary history of K. uniflora, along with mechanisms related to its endangered status. Phylogenomic analyses based on 497 single copy genes confirmed the sister relationship between K. uniflora and Circaeaster agrestis, which were estimated to have diverged around 52 Mya. Proliferation of LTR retrotransposons in K. uniflora is estimated to occur around 2.7 Mya, coinciding with one recent uplift of the Hengduan Mountains between the late Miocene and late Pliocene. Across 12 species of monocots, early-diverging eudicots and core eudicots, K. uniflora showed significant overrepresentation in gene families associated with DNA repair and underrepresentation in gene families associated with stress response. Most of the plastid ndh genes were found to be lost not only in the plastome but also in the nuclear genome of K. uniflora. During the evolutionary process, the overrepresentation of gene families involved in DNA repair could help asexual K. uniflora reduce the accumulation of deleterious mutations, while at the same time, reducing genetic diversity which is important in responding to environment fluctuations. The underrepresentation of gene families related to stress response and functional loss of ndh genes could be due to lack or loss of ability to respond to environmental changes caused by long-term adaptation to a relatively stable ecological environment.