The unique anatomical features of turtles have raised unanswered questions about the origin of their unique body plan. We generated and analyzed draft genomes of the soft-shell turtle (Pelodiscus sinensis) and the green sea turtle (Chelonia mydas); our results indicated the close relationship of the turtles to the bird-crocodilian lineage, from which they split ∼267.9-248.3 million years ago (Upper Permian to Triassic). We also found extensive expansion of olfactory receptor genes in these turtles. Embryonic gene expression analysis identified an hourglass-like divergence of turtle and chicken embryogenesis, with maximal conservation around the vertebrate phylotypic period, rather than at later stages that show the amniote-common pattern. Wnt5a expression was found in the growth zone of the dorsal shell, supporting the possible co-option of limb-associated Wnt signaling in the acquisition of this turtle-specific novelty. Our results suggest that turtle evolution was accompanied by an unexpectedly conservative vertebrate phylotypic period, followed by turtle-specific repatterning of development to yield the novel structure of the shell.

The brown planthopper, Nilaparvata lugens, the most destructive pest of rice, is a typical monophagous herbivore that feeds exclusively on rice sap, which migrates over long distances. Outbreaks of it have re-occurred approximately every three years in Asia. It has also been used as a model system for ecological studies and for developing effective pest management. To better understand how a monophagous sap-sucking arthropod herbivore has adapted to its exclusive host selection and to provide insights to improve pest control, we analyzed the genomes of the brown planthopper and its two endosymbionts.We describe the 1.14 gigabase planthopper draft genome and the genomes of two microbial endosymbionts that permit the planthopper to forage exclusively on rice fields. Only 40.8% of the 27,571 identified Nilaparvata protein coding genes have detectable shared homology with the proteomes of the other 14 arthropods included in this study, reflecting large-scale gene losses including in evolutionarily conserved gene families and biochemical pathways. These unique genomic features are functionally associated with the animal's exclusive plant host selection. Genes missing from the insect in conserved biochemical pathways that are essential for its survival on the nutritionally imbalanced sap diet are present in the genomes of its microbial endosymbionts, which have evolved to complement the mutualistic nutritional needs of the host.Our study reveals a series of complex adaptations of the brown planthopper involving a variety of biological processes, that result in its highly destructive impact on the exclusive host rice. All these findings highlight potential directions for effective pest control of the planthopper.

An emerging cavefish model, the cyprinid genus Sinocyclocheilus, is endemic to the massive southwestern karst area adjacent to the Qinghai-Tibetan Plateau of China. In order to understand whether orogeny influenced the evolution of these species, and how genomes change under isolation, especially in subterranean habitats, we performed whole-genome sequencing and comparative analyses of three species in this genus, S. grahami, S. rhinocerous and S. anshuiensis. These species are surface-dwelling, semi-cave-dwelling and cave-restricted, respectively. The assembled genome sizes of S. grahami, S. rhinocerous and S. anshuiensis are 1.75 Gb, 1.73 Gb and 1.68 Gb, respectively. Divergence time and population history analyses of these species reveal that their speciation and population dynamics are correlated with the different stages of uplifting of the Qinghai-Tibetan Plateau. We carried out comparative analyses of these genomes and found that many genetic changes, such as gene loss (e.g. opsin genes), pseudogenes (e.g. crystallin genes), mutations (e.g. melanogenesis-related genes), deletions (e.g. scale-related genes) and down-regulation (e.g. circadian rhythm pathway genes), are possibly associated with the regressive features (such as eye degeneration, albinism, rudimentary scales and lack of circadian rhythms), and that some gene expansion (e.g. taste-related transcription factor gene) may point to the constructive features (such as enhanced taste buds) which evolved in these cave fishes. As the first report on cavefish genomes among distinct species in Sinocyclocheilus, our work provides not only insights into genetic mechanisms of cave adaptation, but also represents a fundamental resource for a better understanding of cavefish biology.

Warburgia ugandensis and Saururus chinensis are two of the most important medicinal plants in magnoliids and are widely utilized in traditional Kenya and Chinese medicine, respectively. The absence of higher-quality reference genomes has hindered research on the medicinal compound biosynthesis mechanisms of these plants. We report the chromosome-level genome assemblies of W. ugandensis and S. chinensis , and generated 1.13 Gb and 0.53 Gb genomes from 74 and 27 scaffolds, respectively, using BGI-DIPSEQ, Nanopore, and Hi-C sequencing. The scaffold N50 lengths were 82.97 Mb and 48.53 Mb, and the assemblies were anchored to 14 and 11 chromosomes of W. ugandensis and S. chinensis , respectively. In total, 24,739 and 20,561 genes were annotated, and 98.5% and 98% of the BUSCO genes were fully represented, respectively. The chromosome-level genomes of W. ugandensis and S. chinensis will be valuable resources for understanding the genetics of these medicinal plants, studying the evolution of magnoliids and angiosperms and conserving plant genetic resources.