Abstract Background Genome sequence assemblies provide the basis for our understanding of biology. Generating error-free assemblies is therefore the ultimate, but sadly still unachieved goal of a multitude of research projects. Despite the ever-advancing improvements in data generation, assembly algorithms and pipelines, no automated approach has so far reliably generated near error-free genome assemblies for eukaryotes. Results Whilst working towards improved data sets and fully automated pipelines, assembly evaluation and curation is actively employed to bridge this shortcoming and significantly reduce the number of assembly errors. In addition to this increase in product value, the insights gained from assembly curation are fed back into the automated assembly strategy and contribute to notable improvements in genome assembly quality. Conclusions We describe our tried and tested approach for assembly curation using gEVAL, the genome evaluation browser. We outline the procedures applied to genome curation using gEVAL and also our recommendations for assembly curation in an gEVAL-independent context to facilitate the uptake of genome curation in the wider community.

Abstract Genetic variation of the entire genome represents population structure, yet individual loci can show distinct patterns. Such deviations identified through genome scans have often been attributed to effects of selective factors instead of randomness, assuming that the genomic intervals are long enough to average out randomness in underlying genealogies. However, an alternative explanation to distinct patterns has not been fully addressed: too few genealogies to average out the effect of randomness. Specifically, distinct patterns of genetic variation may be due to reduced local recombination rate, since the number of genealogies in a genomic interval corresponds to the number of ancestral recombination events. Here, we associate distinct patterns of local genetic variation with reduced recombination rate in a songbird, the Eurasian blackcap, using genome sequences and recombination maps. We find that distinct patterns of local genetic variation represent haplotype structure at low-recombining regions present either in all populations or only in a few populations. At the former species-wide low- recombining regions, genetic variation depicts conspicuous haplotypes segregating in multiple populations. On the contrary, at the latter population-specific low-recombining regions, genetic variation primarily represents cryptic haplotype structure among individuals of the low-recombining populations. With simulations, we confirm that reduction in recombination rate alone can cause distinct patterns of genetic variation mirroring our empirical data. Our results highlight that distinct patterns of genetic variation can emerge through evolution of reduced local recombination rate. Recombination landscape as an evolvable trait therefore plays an important role determining the heterogeneous distribution of genetic variation along the genome.

Abstract The vaquita is the most critically endangered marine mammal, with fewer than 19 remaining in the wild. First described in 1958, the vaquita has been in rapid decline resulting from inadvertent deaths due to the increasing use of large-mesh gillnets for more than 20 years. To understand the evolutionary and demographic history of the vaquita, we used combined long-read sequencing and long-range scaffolding methods with long- and short-read RNA sequencing to generate a near error-free annotated reference genome assembly from cell lines derived from a female individual. The genome assembly consists of 99.92% of the assembled sequence contained in 21 nearly gapless chromosome-length autosome scaffolds and the X-chromosome scaffold, with a scaffold N50 of 115 Mb. Genome-wide heterozygosity is the lowest (0.01%) of any mammalian species analyzed to date, but heterozygosity is evenly distributed across the chromosomes, consistent with long-term small population size at genetic equilibrium, rather than low diversity resulting from a recent population bottleneck or inbreeding. Historical demography of the vaquita indicates long-term population stability at less than 5000 ( Ne ) for over 200,000 years. Together, these analyses indicate that the vaquita genome has had ample opportunity to purge highly deleterious alleles and potentially maintain diversity necessary for population health.

Abstract Sea turtles represent an ancient lineage of marine vertebrates that evolved from terrestrial ancestors over 100 MYA, yet the genomic basis of the unique physiological and ecological traits enabling these species to thrive in diverse marine habitats remains largely unknown. Additionally, many populations have drastically declined due to anthropogenic activities over the past two centuries, and their recovery is a high global conservation priority. We generated and analyzed high-quality reference genomes for the leatherback (Dermochelys coriacea) and green (Chelonia mydas) turtles, representing the two extant sea turtle families. These genomes are highly syntenic and homologous, but localized regions of non-collinearity were associated with higher copy numbers of immune, zinc-finger, and olfactory receptor (OR) genes in green turtles, with ORs related to waterborne odorants greatly expanded in green turtles. Our findings suggest that divergent evolution of these key gene families may underlie immunological and sensory adaptations assisting navigation, occupancy of neritic versus pelagic environments, and diet specialization. Reduced collinearity was especially prevalent in microchromosomes, with greater gene content, heterozygosity, and genetic distances between species, supporting their critical role in vertebrate evolutionary adaptation. Finally, diversity and demographic histories starkly contrasted between species, indicating that leatherback turtles have had a low yet stable effective population size, exhibit extremely low diversity compared to other reptiles, and harbor a higher genetic load compared to green turtles, reinforcing concern over their persistence under future climate scenarios. These genomes provide invaluable resources for advancing our understanding of evolution and conservation best practices in an imperiled vertebrate lineage. Statement of significance Sea turtle populations have undergone recent global declines. We analyzed de novo assembled genomes for both extant sea turtle families through the Vertebrate Genomes Project to inform their conservation and evolutionary biology. These highly conserved genomes were differentiated by localized gene-rich regions of divergence, particularly within microchromosomes, suggesting that these genomic elements play key functional roles in the evolution of sea turtles and possibly other vertebrates. We further demonstrate that dissimilar evolutionary histories impact standing genomic diversity and genetic load, and are critical to consider when using these metrics to assess adaptive potential and extinction risk. Our results also demonstrate how reference genome quality impacts inferences of comparative and conservation genomics analyses that need to be considered in their application.

ABSTRACT The Australian black swan ( Cygnus atratus ) is an iconic species with contrasting plumage to that of the closely related Northern Hemisphere white swans. The relative geographic isolation of the black swan may have resulted in a limited immune repertoire and increased susceptibility to infectious disease, notably infectious diseases from which Australia has been largely shielded. Indeed, unlike Mallard ducks and the mute swan ( Cygnus olor ), the black swan is extremely sensitive to severe highly pathogenic avian influenza (HPAI). Understanding this susceptibility has been impaired by the absence of any available swan genome and transcriptome information. Here, we generate the first chromosome-length annotated black and mute swan genomes annotated with transcriptome data, all using long-read based pipelines generated for vertebrate species. We used these genomes and transcriptomes, to show that unlike other wild waterfowl, black swans lack an expanded immune gene repertoire, lack a key viral pattern-recognition receptor in endothelial cells and mount a poorly controlled inflammatory response to HPAI. We also implicate genetic differences in SLC45A2 in the iconic plumage of the Australian black swan. Together, these data suggest that the immune system of the black swan is such that should any avian viral infection become established in its native habitat the survival of the black swan would be in significant peril.

Abstract Insights into the evolution of non-model organisms are often limited by the lack of reference genomes. As part of the Vertebrate Genomes Project, we present a new reference genome and a pangenome produced with High-Fidelity long reads for the barn swallow Hirundo rustica . We then generated a reference-free multialignment with other bird genomes to identify genes under selection. Conservation analyses pointed at genes enriched for transcriptional regulation and neurodevelopment. The most conserved gene is CAMK2N2 , with a potential role in fear memory formation. In addition, using all publicly available data, we generated a comprehensive catalogue of genetic markers. Genome-wide linkage disequilibrium scans identified potential selection signatures at multiple loci. The top candidate region comprises several genes and includes BDNF , a gene involved in stress response, fear memory formation, and tameness. We propose that the strict association with humans in this species is linked with the evolution of pathways typically under selection in domesticated taxa.

For most research approaches, genome analyses are dependent on the existence of a high quality genome reference assembly. However, the local accuracy of an assembly remains difficult to assess and improve. The gEVAL browser allows the user to interrogate an assembly in any region of the genome by comparing it to different datasets and evaluating the concordance. These analyses include: a wide variety of sequence alignments, comparative analyses of multiple genome assemblies, and consistency with optical and other physical maps. gEVAL highlights allelic variations, regions of low complexity, abnormal coverage, and potential sequence and assembly errors, and offers strategies for improvement. While gEVAL focuses primarily on sequence integrity, it can also display arbitrary annotation including Ensembl or TrackHub sources. We provide gEVAL web sites for many human, mouse, zebrafish and chicken assemblies to support the Genome Reference Consortium, and gEVAL is also downloadable to enable its use for any organism and assembly.

Abstract In 2001, Celera Genomics and the International Human Genome Sequencing Consortium published their initial drafts of the human genome, which revolutionized the field of genomics. While these drafts and the updates that followed effectively covered the euchromatic fraction of the genome, the heterochromatin and many other complex regions were left unfinished or erroneous. Addressing this remaining 8% of the genome, the Telomere-to-Telomere (T2T) Consortium has finished the first truly complete 3.055 billion base pair (bp) sequence of a human genome, representing the largest improvement to the human reference genome since its initial release. The new T2T-CHM13 reference includes gapless assemblies for all 22 autosomes plus Chromosome X, corrects numerous errors, and introduces nearly 200 million bp of novel sequence containing 2,226 paralogous gene copies, 115 of which are predicted to be protein coding. The newly completed regions include all centromeric satellite arrays and the short arms of all five acrocentric chromosomes, unlocking these complex regions of the genome to variational and functional studies for the first time.

Abstract The reed warbler ( Acrocephalus scirpaceus ) is a long-distance migrant passerine with a wide distribution across Eurasia. This species has fascinated researchers for decades, especially its role as host of a brood parasite, and its capacity for rapid phenotypic change in the face of climate change. Currently, it is expanding its range northwards in Europe, and is altering its migratory behaviour in certain areas. Thus, there is great potential to discover signs of recent evolution and its impact on the genomic composition of the reed warbler. Here we present a high-quality reference genome for the reed warbler, based on PacBio, 10X and Hi-C sequencing. The genome has an assembly size of 1,075,083,815 bp with a scaffold N50 of 74,438,198 bp and a contig N50 of 12,742,779 bp. BUSCO analysis using aves_odb10 as a model showed that 95.7% of genes in the assembly were complete. We found unequivocal evidence of two separate macrochromosomal fusions in the reed warbler genome, in addition to the previously identified fusion between chromosome Z and a part of chromosome 4A in the Sylvioidea superfamily. We annotated 14,645 protein-coding genes, of which 97.5% were complete BUSCO orthologs. This reference genome will serve as an important resource, and will provide new insights into the genomic effects of evolutionary drivers such as coevolution, range expansion, and adaptations to climate change, as well as chromosomal rearrangements in birds. Significance statement The reed warbler ( Acrocephalus scirpaceus ) has been lacking a genomic resource, despite having been broadly researched in studies of coevolution, ecology and adaptations to climate change. Here, we generated a chromosome-length genome assembly of the reed warbler, and found evidence of macrochromosomal fusions in its genome, which are likely of recent origin. This genome will provide the opportunity for a deeper understanding of the evolution of genomes in birds, as well as the evolutionary path and possible future of the reed warbler.

Abstract High-quality and complete reference genome assemblies are fundamental for the application of genomics to biology, disease, and biodiversity conservation. However, such assemblies are only available for a few non-microbial species 1–4 . To address this issue, the international Genome 10K (G10K) consortium 5,6 has worked over a five-year period to evaluate and develop cost-effective methods for assembling the most accurate and complete reference genomes to date. Here we summarize these developments, introduce a set of quality standards, and present lessons learned from sequencing and assembling 16 species representing major vertebrate lineages (mammals, birds, reptiles, amphibians, teleost fishes and cartilaginous fishes). We confirm that long-read sequencing technologies are essential for maximizing genome quality and that unresolved complex repeats and haplotype heterozygosity are major sources of error in assemblies. Our new assemblies identify and correct substantial errors in some of the best historical reference genomes. Adopting these lessons, we have embarked on the Vertebrate Genomes Project (VGP), an effort to generate high-quality, complete reference genomes for all ~70,000 extant vertebrate species and help enable a new era of discovery across the life sciences.