Legumes are simultaneously one of the largest families of crop plants and a cornerstone in the biological nitrogen cycle. We combined molecular and phylogenetic analyses to evaluate genome conservation both within and between the two major clades of crop legumes. Genetic mapping of orthologous genes identifies broad conservation of genome macrostructure, especially within the galegoid legumes, while also highlighting inferred chromosomal rearrangements that may underlie the variation in chromosome number between these species. As a complement to comparative genetic mapping, we compared sequenced regions of the model legume Medicago truncatula with those of the diploid Lotus japonicus and the polyploid Glycine max . High conservation was observed between the genomes of M. truncatula and L. japonicus , whereas lower levels of conservation were evident between M. truncatula and G. max . In all cases, conserved genome microstructure was punctuated by significant structural divergence, including frequent insertion/deletion of individual genes or groups of genes and lineage-specific expansion/contraction of gene families. These results suggest that comparative mapping may have considerable utility for basic and applied research in the legumes, although its predictive value is likely to be tempered by phylogenetic distance and genome duplication.

We report the first annotated chromosome-level reference genome assembly for pea, Gregor Mendel’s original genetic model. Phylogenetics and paleogenomics show genomic rearrangements across legumes and suggest a major role for repetitive elements in pea genome evolution. Compared to other sequenced Leguminosae genomes, the pea genome shows intense gene dynamics, most likely associated with genome size expansion when the Fabeae diverged from its sister tribes. During Pisum evolution, translocation and transposition differentially occurred across lineages. This reference sequence will accelerate our understanding of the molecular basis of agronomically important traits and support crop improvement. The first annotated chromosome-level reference genome assembly for pea, Gregor Mendel’s original genetic model, provides insights into legume genome evolution and the molecular basis of agricultural traits for pea improvement.

The vegetative phenotype of the pea mutant unifoliata (uni) is a simplification of the wild-type compound leaf to a single leaflet. Mutant uni plants are also self-sterile and the flowers resemble known floral meristem and organ identity mutants. In Antirrhinum and Arabidopsis, mutations in the floral meristem identity gene FLORICAULA/LEAFY (FLO/LFY) affect flower development alone, whereas the tobacco FLO/LFY homologue, NFL, is expressed in vegetative tissues, suggesting that NFL specifies determinacy in the progenitor cells for both flowers and leaves. In this paper, we characterised the pea homologue of FLO/LFY.

Summary The afila ( af ) mutation causes the replacement of leaflets by a branched mass of tendrils in the compound leaves of pea – Pisum sativum L. This mutation was first described in 1953, and several reports of spontaneous af mutations and induced mutants with a similar phenotype exist. Despite widespread introgression into breeding material, the nature of af and the origin of the alleles used remain unknown. Here, we combine comparative genomics with reverse genetic approaches to elucidate the genetic determinants of af . We also investigate haplotype diversity using a set of AfAf and afaf cultivars and breeding lines and molecular markers linked to seven consecutive genes. Our results show that deletion of two tandemly arranged genes encoding Q‐type Cys(2)His(2) zinc finger transcription factors, PsPALM1a and PsPALM1b , is responsible for the af phenotype in pea. Eight haplotypes were identified in the af ‐harbouring genomic region on chromosome 2. These haplotypes differ in the size of the deletion, covering more or less genes. Diversity at the af locus is valuable for crop improvement and sheds light on the history of pea breeding for improved standing ability. The results will be used to understand the function of PsPALM1a/b and to transfer the knowledge for innovation in related crops.

Abstract The afila ( af ) mutation of Pisum sativum L. (pea) is characterised by leaves that are composed of a basal pair of stipules, a petiole and a branched mass of tendrils. These are bipinnate leaves in which the leaflet primordia are replaced by midrib-like, or terminal tendril, primordia. The phenotype was first reported as a spontaneous mutation in 1953, and several reports of spontaneously occurring af mutants and induced mutations have been published since then. Despite its wide-scale introgression to improve standing ability in combine-harvested dry pea crops, the molecular basis of af has remained unknown. Here, we show that the deletion of two tandemly-arrayed Q-type Cys(2)His(2)-zinc finger transcription factors, viz. PsPALM1a and PsPALM1b , is responsible for the af phenotype. Based on molecular evidence for the presence/absence of seven consecutive pea genes, we identified eight haplotypes in the genomic region of chromosome 2 that harbours af . These haplotypes differ in the presence or absence of PsPALM1a-b and close genes and in the size of the deletion. Representative cultivars and spontaneous or induced mutants were assigned to the different haplotypes. The hitherto unrecognised diversity at the af locus reveals highly rich, unexplored, potential for pea improvement and sheds light on the breeding history of pea. This knowledge can also be used to breed innovative cultivars in related crops.

The taxonomy of the tribe Fabeae (Vicieae) has long been problematic, but an analysis by Schaefer et al. in 2012 gave an exceptionally clear view of the tribe and noted the possibility that some nomenclatural adjustments may be required at some future date. These authors suggested several options, expressing some preferences. However, there has been a recent change to formally accepted names, implementing one of these possibilities, but without any additional relevant information. This change seems unjustified and unhelpful. We therefore present an argument for the retention, or re-instatement, of the genera Pisum, Vavilovia, and Lens until such time as new data support this requirement and there is no nomenclatural solution that is both accurate and convenient.

Abstract We have sequenced the genome of grass pea ( Lathyrus sativus ), a resilient diploid (2n=14) legume closely related to pea ( Pisum sativum ). We determined the genome size of the sequenced European accession (LS007) as 6.3 Gbp. We generated two assemblies of this genome, i) EIv1 using Illumina PCR-free paired-end sequencing and assembly followed by long-mate-pair scaffolding and ii) Rbp using Oxford Nanopore Technologies long-read sequencing and assembly followed by polishing with Illumina paired-end data. EIv1 has a total length of 8.12 Gbp (including 1.9 billion Ns) and scaffold N50 59,7 kbp. Annotation has identified 33,819 high confidence genes in the assembly. Rbp has a total length of 6.2 Gbp (with no Ns) and a contig N50 of 155.7 kbp. Gene space assessment using the eukaryote BUSCO database showed completeness scores of 82.8 % and 89.8%, respectively.

ABSTRACT Pea, Pisum sativum , is an excellent model system through which Gregor Mendel established the foundational principles of inheritance. Surprisingly, till today, the molecular nature of the genetic differences underlying the seven pairs of contrasting traits that Mendel studied in detail remains partially understood. Here, we present a genomic and phenotypic variation map, coupled with haplotype-phenotype association analyses across a wide range of traits in a global Pisum diversity panel. We focus on a genomics-enabled genetic dissection of each of the seven traits Mendel studied, revealing many previously undescribed alleles for the four characterized genes, R , Le , I and A , and elucidating the gene identities and mutations for the remaining three uncharacterized traits. Notably, we identify: (1) a ca. 100kb deletion upstream of the Chlorophyll synthase ( ChlG ) gene, which generates aberrant transcripts and confers the yellow pod phenotype of gp mutants; (2) an in-frame premature stop codon mutation in a Dodeca-CLE41/44 signalling peptide which explains the parchmentless mutant phenotype corresponding to p ; and (3) a 5bp in-frame deletion in a CIK-like receptor kinase gene corresponding to the fasciated stem phenotype fa , which Mendel described in terms of flower position, and we postulate the existence of a Modifier of fa ( Mfa ) locus that masks this meristem defect. Mendel noted the pleiotropy of the a mutation, including inhibition of axil ring anthocyanin pigmentation, a trait we found to be controlled by allelic variants of the gene D within an R2R3-MYB gene cluster. Furthermore, we characterize and validate natural variation of a quantitative genetic locus governing both pod width and seed weight, characters that Mendel deemed were not sufficiently demarcated for his analyses. This study establishes a cornerstone for fundamental research, education in biology and genetics, and pea breeding practices.