Björn Usadel and colleagues report the genome sequence of the wild tomato species Solanum pennellii. The authors identify genes important for stress tolerance, metabolism and fruit maturation and suggest that transposable elements have had an important role in the evolution of the S. penellii stress response. Solanum pennellii is a wild tomato species endemic to Andean regions in South America, where it has evolved to thrive in arid habitats. Because of its extreme stress tolerance and unusual morphology, it is an important donor of germplasm for the cultivated tomato Solanum lycopersicum1. Introgression lines (ILs) in which large genomic regions of S. lycopersicum are replaced with the corresponding segments from S. pennellii can show remarkably superior agronomic performance2. Here we describe a high-quality genome assembly of the parents of the IL population. By anchoring the S. pennellii genome to the genetic map, we define candidate genes for stress tolerance and provide evidence that transposable elements had a role in the evolution of these traits. Our work paves a path toward further tomato improvement and for deciphering the mechanisms underlying the myriad other agronomic traits that can be improved with S. pennellii germplasm.

Summary Wild relatives of tomato are a valuable source of natural variation in tomato breeding, as many can be hybridized to the cultivated species ( Solanum lycopersicum ). Several, including Solanum lycopersicoides , have been crossed to S. lycopersicum for the development of ordered introgression lines (ILs). Despite the utility of these wild relatives and their associated ILs, limited finished genomes have been produced to aid genetic and genomic studies. We have generated a chromosome-scale genome assembly for Solanum lycopersicoides LA2951 using PacBio sequencing, Illumina, and Hi-C. We identified 37,938 genes based on Illumina and Isoseq and compared gene function to the available cultivated tomato genome resources, in addition to mapping the boundaries of the S. lycopersicoides introgressions in a set of cv. VF36 x LA2951 introgression lines (IL). The genome sequence and IL map will support the development of S. lycopersicoides as a model for studying fruit nutrient/quality, pathogen resistance, and environmental stress tolerance traits that we have identified in the IL population and are known to exist in S. lycopersicoides .

The antibiotic defense substance allicin (diallylthiosulfinate) is produced by garlic (Allium sativum L.) after tissue damage, giving garlic its characteristic odor. Allicin is a redox-toxin that oxidizes thiols in glutathione and cellular proteins. A highly allicin-resistant Pseudomonas fluorescens strain (PfAR-1) was isolated from garlic, and genomic clones were shotgun electroporated into an allicin-susceptible P. syringae strain (Ps4612). Recipients showing allicin-resistance had all inherited a group of genes from one of three similar genomic islands (GI), that had been identified in an in silico analysis of the PfAR 1 genome. A core fragment of 8-10 congruent genes with redox-related functions, present in each GI, was shown to confer allicin-specific resistance to P. syringae, and even to an unrelated E. coli strain. Transposon mutagenesis and overexpression analyses revealed the contribution of individual candidate genes to allicin-resistance. Moreover, PfAR-1 was unusual in having 3 glutathione reductase (glr) genes, two copies in two of the GIs, but outside of the core group, and one copy in the PfAR-1 genome. Glr activity was approximately 2-fold higher in PfAR-1 than in related susceptible Pf0-1, with only a single glr gene. Moreover, an E. coli Δglr mutant showed increased susceptibility to allicin, which was complemented by PfAR-1 glr1. Taken together, our data support a multi-component resistance mechanism against allicin, achieved through horizontal gene transfer during coevolution, and allowing exploitation of the garlic ecological niche. GI regions syntenic with PfAR-1 GIs are present in other plant-associated bacterial species, perhaps suggesting a wider role in adaptation to plants per se.

Background: Given its tolerance to stress and its richness in particular secondary metabolites, the tobacco tree, Nicotiana glauca, has been considered a promising biorefinery feedstock that would not be competitive with food and fodder crops. Results: Here we present a 3.5 Gbp draft sequence and annotation of the genome of N. glauca spanning 731,465 scaffold sequences, with an N50 size of approximately 92 kbases. Furthermore, we supply a comprehensive transcriptome and metabolome analysis of leaf development comprising multiple techniques and platforms. The genome sequence is predicted to cover nearly 80% of the estimated total genome size of N. glauca. With 73,799 genes predicted and a BUSCO score of 94.9%, we have assembled the majority of gene-rich regions successfully. RNA-Seq data revealed stage- and/or tissue-specific expression of genes, and we determined a general trend of a decrease of tricarboxylic acid cycle metabolites and an increase of terpenoids as well as some of their corresponding transcripts during leaf development. Conclusion: The N. glauca draft genome and its detailed transcriptome, together with paired metabolite data, constitute a resource for future studies of valuable compound analysis in tobacco species and present the first steps towards a further resolution of phylogenetic, whole genome studies in tobacco.