The Sol Genomics Network (SGN, http://solgenomics.net) is a web portal with genomic and phenotypic data, and analysis tools for the Solanaceae family and close relatives. SGN hosts whole genome data for an increasing number of Solanaceae family members including tomato, potato, pepper, eggplant, tobacco and Nicotiana benthamiana. The database also stores loci and phenotype data, which researchers can upload and edit with user-friendly web interfaces. Tools such as BLAST, GBrowse and JBrowse for browsing genomes, expression and map data viewers, a locus community annotation system and a QTL analysis tools are available. A new tool was recently implemented to improve Virus-Induced Gene Silencing (VIGS) constructs called the SGN VIGS tool. With the growing genomic and phenotypic data in the database, SGN is now advancing to develop new web-based breeding tools and implement the code and database structure for other species or clade-specific databases.

Abstract Non-recombining sex chromosomes, like the mammalian Y, often lose genes and accumulate transposable elements, a process termed degeneration 1,2 . The correlation between suppressed recombination and degeneration is clear in animal XY systems 1,2 , but the absence of recombination is confounded with other asymmetries between the X and Y. In contrast, UV sex chromosomes, like those found in bryophytes, experience symmetrical population genetic conditions 3,4 . Here we test for degeneration in the bryophyte UV sex chromosome system through genomic comparisons with new female and male chromosome-scale reference genomes of the moss Ceratodon purpureus . We show that the moss sex chromosomes evolved over 300 million years ago and expanded via two chromosomal fusions. Although the sex chromosomes show signs of weaker purifying selection than autosomes, we find suppressed recombination alone is insufficient to drive gene loss on sex-specific chromosomes. Instead, the U and V sex chromosomes harbor thousands of broadly-expressed genes, including numerous key regulators of sexual development across land plants.

Abstract Plants in habitats with unpredictable conditions are often characterized by diversifying their bet-hedging strategies that ensure fitness over a wider range of variable environmental factors. A striking example is the diaspore (seed and fruit) heteromorphism that evolved to maximize species survival in Aethionema arabicum (Brassicaceae) in which external and endogenous triggers allow the production of two distinct diaspores on the same plant. Using this dimorphic diaspore model, we identified contrasting molecular, biophysical, and ecophysiological mechanisms in the germination responses to different temperatures of the mucilaginous seeds (M + seed morphs), the dispersed indehiscent fruits (IND fruit morphs), and the bare non-mucilaginous M − seeds obtained by pericarp (fruit coat) removal from IND fruits. Large-scale comparative transcriptome and hormone analyses of M + seeds, IND fruits, and M − seeds provided comprehensive datasets for their distinct thermal responses. Morph-specific differences in co-expressed gene modules in seeds, as well as seed and pericarp hormone contents identified a role of the IND pericarp in imposing coat dormancy by generating hypoxia affecting ABA sensitivity. This involved expression of morph-specific transcription factors, hypoxia response and cell wall-remodeling genes, as well as altered abscisic acid (ABA) metabolism, transport, and signaling. Parental temperature affected ABA contents and ABA-related gene expression and altered IND pericarp biomechanical properties. Elucidating the molecular framework underlying the diaspore heteromorphism can provide insight into developmental responses to globally changing temperatures. IN A NUTSHELL Background Heteromorphic diaspores (fruits and seeds) are an adaptive bet-hedging strategy to ensure survival in spatiotemporally variable environments. The stone cress Aethionema arabicum , an annual plant native to semi-arid habitats in Anatolia (Turkey), one of the world’s hotspots of biodiversity. It is a close relative of Arabidopsis, rapeseed, cabbage and other Brassica crops, but in contrast to these Ae. arabicum disperses two distinct diaspores from the same plant. These dimorphic diaspores are the mucilaginous seeds (dispersed by pod shatter) and indehiscent fruits (dispersed by abscission). The wing-like pericarp (fruit coat) of the single-seeded indehiscent fruit allows wind dispersal over large distances. The amounts and ratios of the dimorphic diaspores are variable and depend on the environmental conditions. The dimorphic diaspores differ in morphology, dormancy and germination properties and thereby make Ae. arabicum an excellent model for the comparative investigation of the underpinning molecular mechanisms. Question We asked how temperature during fruit and seed formation and during seed germination affect dormancy release and germination speed, and how the morphology, hormonal regulation, and the expression of genes differ between the dimorphic diaspores. Findings Large-scale comparative transcriptome and hormone analyses of the mucilaginous seeds and the indehiscent fruits, as well as the seeds artificially extracted from indehiscent fruits by pericarp (fruit coat) removal, provided comprehensive datasets for their distinct thermal responses. Material obtained from plants grown at different temperatures during reproduction was imbibed at different temperatures for germination. This altered the abscisic acid (ABA) metabolism and the pericarp biomechanical properties. Diaspore-specific differences in response to distinct imbibition temperatures identified distinct gene expression patterns in seeds, distinct seed and pericarp hormone contents, and a role of the pericarp in generating hypoxia inside the fruit and imposing coat dormancy. This revealed distinct combinations of specific transcription factors, hypoxia responses and cell wall-remodeling genes, as well as altered signaling pathway genes. Next steps Our large-scale comparative transcriptome datasets are easily and publicly accessible via the Aethionema arabicum web portal ( https://plantcode.cup.uni-freiburg.de/aetar_db/index.php ). We plan to expand this by future work on seedlings derived from the dimorphic diaspores, by comparing different Ae. arabicum genotypes, and by studying responses to specific stresses. Understanding the molecular basis of this fascinating example of developmental diversity and plasticity and its regulation by temperature is expected to add insight how plants respond to changing environmental conditions.

Secondary dormancy is an adaptive trait that increases reproductive success by aligning seed germination with permissive conditions for seedling establishment. Aethionema arabicum is an annual plant and member of the Brassicaceae that grows in environments characterized by hot and dry summers. Aethionema arabicum seeds may germinate in early spring when seedling establishment is permissible. We demonstrate that long-day light regimes induce secondary dormancy in seed of Aethionema arabicum (CYP accession) repressing germination in summer when seedling establishment is riskier. Characterization of mutants screened for defective secondary dormancy demonstrated that RGL2 mediates repression of genes involved in GA signalling. Exposure to high temperature alleviates secondary dormancy, restoring germination potential. These data are consistent with the hypothesis that long-day-induced secondary dormancy and its alleviation by high temperatures, may be part of an adaptive response limiting germination to conditions permissive for seedling establishment in spring and autumn.

The filamentous and unicellular algae of the class Zygnematophyceae are the closest algal relatives of land plants. Inferring the properties of the last common ancestor shared by these algae and land plants allows us to identify decisive traits that enabled the conquest of land by plants. We sequenced four genomes of filamentous Zygnematophyceae (three strains of Zygnema circumcarinatum and one strain of Z. cylindricum) and generated chromosome-scale assemblies for all strains of the emerging model system Z. circumcarinatum. Comparative genomic analyses reveal expanded genes for signaling cascades, environmental response, and intracellular trafficking that we associate with multicellularity. Gene family analyses suggest that Zygnematophyceae share all the major enzymes with land plants for cell wall polysaccharide synthesis, degradation, and modifications; most of the enzymes for cell wall innovations, especially for polysaccharide backbone synthesis, were gained more than 700 million years ago. In Zygnematophyceae, these enzyme families expanded, forming co-expressed modules. Transcriptomic profiling of over 19 growth conditions combined with co-expression network analyses uncover cohorts of genes that unite environmental signaling with multicellular developmental programs. Our data shed light on a molecular chassis that balances environmental response and growth modulation across more than 600 million years of streptophyte evolution.

Secondary dormancy is an adaptive trait that increases reproductive success by aligning seed germination with permissive conditions for seedling establishment. Aethionema arabicum is an annual plant and member of the Brassicaceae that grows in environments characterized by hot and dry summers. Aethionema arabicum seeds may germinate in early spring when seedling establishment is permissible. We demonstrate that long-day light regimes induce secondary dormancy in the seeds of Aethionema arabicum (CYP accession), repressing germination in summer when seedling establishment is riskier. Characterization of mutants screened for defective secondary dormancy demonstrated that RGL2 mediates repression of genes involved in gibberellin (GA) signaling. Exposure to high temperature alleviates secondary dormancy, restoring germination potential. These data are consistent with the hypothesis that long-day-induced secondary dormancy and its alleviation by high temperatures may be part of an adaptive response limiting germination to conditions permissive for seedling establishment in spring and autumn.

We have created an open access web portal with pathosystem-wide resources and bioinformatics tools for the host citrus, the vector Asian citrus psyllid (ACP) and multiple pathogens including Ca. Liberibacter asiaticus. To the best of our knowledge, this is the first example of a database to use the pathosystem as a holistic framework to understand an insect transmitted plant disease. This endeavor integrates and enables the analysis of data sets generated by the community to study the citrus greening disease complex. Users can submit relevant data sets to enable sharing and allow the community to better analyze their data within an integrated system. The portal contains a variety of tools for omics data. Metabolic pathway databases, CitrusCyc and DiaphorinaCyc provide organism specific pathways that can be used to mine metabolomics, transcriptomics and proteomics results to identify pathways and regulatory mechanism involved in disease response. Psyllid Expression Network (PEN) contains expression profiles of ACP genes from multiple life stages, tissues, conditions and hosts. Citrus Expression Network (CEN) contains public expression data from multiple tissues and conditions for various citrus hosts. All tools like Apollo/JBrowse, Biocyc, Blast, CEN and PEN connect to a central database containing gene models for citrus, ACP and multiple Liberibacter pathogens. The portal also includes electrical penetration graph (EPG) recordings of ACP feeding on citrus, information about citrus rootstock trials and metabolomics data in addition to traditional omics data types with a goal of combining and mining all information related to a pathosystem. The portal includes user-friendly manual curation tools to allow the research community to continuously improve this knowledge base as more experimental research is published. Bulk downloads are available for all genome and annotation datasets from the FTP site (ftp://ftp.citrusgreening.org). The portal can be accessed at https://citrusgreening.org/.

Abstract Background Fruits are the seed-bearing structures of flowering plants and are highly diverse in terms of morphology, texture and maturation. Dehiscent fruits split open upon maturation to discharge their seeds while indehiscent fruits are dispersed as a whole. Indehiscent fruits evolved from dehiscent fruits several times independently in the crucifer family (Brassicaceae). The fruits of Lepidium appelianum , for example, are indehiscent while the fruits of the closely related L. campestre are dehiscent. Here, we investigate the molecular and genetic mechanisms underlying the evolutionary transition from dehiscent to indehiscent fruits using these two Lepidium species as model system. Results We have sequenced the transcriptomes and small RNAs of floral buds, flowers and fruits of L. appelianum and L. campestre and analyzed differentially expressed genes (DEGs) and differently differentially expressed genes (DDEGs). DEGs are genes that show significantly different transcript levels in the same structures (buds, flowers and fruits) in different species, or in different structures in the same species. DDEGs are genes for which the change in expression level between two structures is significantly different in one species than in the other. Comparing the two species, the highest number of DEGs was found in flowers, followed by fruits and floral buds while the highest number of DDEGs was found in fruits versus flowers followed by flowers versus floral buds. Several gene ontology terms related to cell wall synthesis and degradation were overrepresented in different sets of DEGs highlighting the importance of these processes for fruit opening. Furthermore, the fruit valve identity genes FRUITFUL and YABBY3 were among the DEGs identified. Finally, the microRNA miR166 as well as the TCP transcription factors BRANCHED1 ( BRC1 ) and TCP FAMILY TRANSCRIPTION FACTOR 4 ( TCP4 ) were found to be DDEGs. Conclusions Our study reveals differences in gene expression between dehiscent and indehiscent fruits and uncovers miR166, BRC1 and TCP4 as possible causes for the evolutionary transition from dehiscent to indehiscent fruits in Lepidium .