ABSTRACT Incorporation of new sources of genetic diversity into plant breeding programs is crucial for continuing to improve yield and quality, as well as tolerance to abiotic and biotic stresses. A minicore (the “UCR Minicore”) composed of 368 worldwide accessions of cultivated cowpea has been assembled, having been derived from the University of California, Riverside cowpea collection. High-density genotyping with 51,128 SNPs followed by principal component and genetic assignment analyses identified six subpopulations in the UCR Minicore, mainly differentiated by cultivar group and geographic origin. All six subpopulations were present to some extent in West African material, suggesting that West Africa is a center of diversity for cultivated cowpea. Additionally, population structure analyses supported two routes of introduction of cowpea into the U.S.: (1) from Spain to the southwest U.S. through Northern Mexico, and (2) from Africa to the southeast U.S. via the Caribbean. Genome-wide association studies (GWAS) of important agronomic traits including flowering time, resulted in the identification of significant SNPs for all traits and environments. The mapping resolution achieved by high-density genotyping of this diverse minicore collection allowed the identification of strong candidate genes, including orthologs of the Arabidopsis FLOWERING LOCUS T. In summary, this diverse, yet compact cowpea collection constitutes a suitable resource to identify loci controlling complex traits, consequently providing markers to assist with breeding to improve this crop of high relevance to global food and nutritional security.

Abstract Cowpea is a highly drought-adapted leguminous crop with great promise for improving agricultural sustainability and food security. Here, we report analyses derived from array-based genotyping of 2,021 accessions constituting a core subset of the world’s largest cowpea collection, held at the International Institute of Tropical Agriculture (IITA) in Ibadan, Nigeria. We used this dataset to examine genetic variation and population structure in worldwide cowpea. We confirm that the primary pattern of population structure is two geographically defined subpopulations origining in West and East Africa, respectively, and that population structure is associated with shifts in phenotypic distribution. Furthermore, we establish the cowpea core collection as a resource for genome-wide association studies by mapping the genetic basis of several phenotypes, with a focus on seed coat pigmentation patterning and color. We anticipate that the genotyped IITA cowpea core collection will serve as a powerful tool for mapping complex traits, facilitating the acceleration of breeding programs to enhance the resilience of this crop in the face of rapid global climate change.

Abstract Seed coat color is an important consumer-related train in cowpea ( Vigna unguiculata [L.] Walp.) and has been a subject of study for over a century. Utilizing newly available resources, including mapping populations, a high-density genotyping platform, and several genome assemblies, red seed coat color has been mapped to two loci, Red-1 ( R-1 ) and Red-2 ( R-2 ), on Vu03 and Vu07, respectively. A gene model ( Vigun03g118700 ) encoding a dihydroflavonol 4-reductase, a homolog of anthocyanidin reductase 1, which catalyzes the biosynthesis of epicatechin from cyanidin, has been identified as a candidate gene for R-1 . Possible causative variants have been also identified for Vigun03g118700 . A gene model on Vu07 ( Vigun07g118500 ), with predicted nucleolar function and high relative expression in the developing seed, has been identified as a candidate for R-2 . The observed red color is believed to be the result of a buildup of cyanidins in the seed coat.

The appearance of the seed is an important aspect of consumer preference for cowpea ( Vigna unguiculata [L.] Walp.). Seed coat pattern in cowpea has been a subject of study for over a century. This study makes use of newly available resources, including mapping populations, a reference genome and additional genome assemblies, and a high-density single nucleotide polymorphism genotyping platform, to map various seed coat pattern traits to three loci, concurrent with the Color Factor ( C ), Watson ( W ), and Holstein ( H ) factors identified previously. Several gene models encoding proteins involved in regulating the later stages of the flavonoid biosynthesis pathway have been identified as candidate genes, including a basic helix-loop-helix gene ( Vigun07g110700 ) for the C locus, a WD-repeat gene ( Vigun09g139900 ) for the W locus and an E3 ubiquitin ligase gene ( Vigun10g163900 ) for the H locus. A model of seed coat development, consisting of six distinct stages, is described to explain some of the observed pattern phenotypes.

Development and analysis of Multiparent Advanced Generation Inter-Cross (MAGIC) populations have been conducted with several crop plants to harness the potential for dissecting the genetic structure of traits and improving breeding populations. We developed a first MAGIC population for cowpea (Vigna unguiculata L. Walp.) from eight founder parents which are genetically diverse and carry many abiotic and biotic stress resistance, seed quality and agronomic traits relevant to cowpea improvement in sub-Saharan Africa (SSA) where cowpea is vitally important in the human diet and in local economies. The eight parents were inter-crossed using structured matings to ensure the population would have balanced representation from each of the founder parents, followed by single-seed descent, resulting in 365 F8 recombinant inbred lines (RILs) each carrying a mosaic of genome blocks contributed from all founders. This was confirmed by SNP genotyping with the cowpea Illumina 60K iSelect BeadArray. Following filtering to eliminate duplicates, sister lines and accidental selfing events, a core set of 305 F8 RILs was chosen as the primary population. The F8 lines were on average 99.74% homozygous while also diverse in agronomic traits including flowering time, growth habit, maturity, yield potential and seed characteristics across environments. Trait-associated SNPs were identified for most of the parental traits. Loci with major effects on photoperiod sensitivity and seed size were also verified by genetic mapping in biparental RIL populations. The distribution of recombination frequency varied considerably between chromosomes, with recombination hotspots distributed mostly in the telomeric regions. Due to its broad genetic base, this cowpea MAGIC population promises breakthroughs in genetic gain and high-resolution genetic mapping for gene discovery, enhancement of breeding populations and, for some lines, direct releases as new varieties.

ABSTRACT Cowpea ( Vigna unguiculata [L.] Walp.) was originally domesticated in sub-Saharan Africa but is now cultivated on every continent except Antarctica. Utilizing archaeological, textual, and genetic resources, the spread of cultivated cowpea has been reconstructed. Cowpea was domesticated in Africa, likely in both West and East Africa, before 2500 BCE and by 400 BCE was long established in all the modern major production regions of the Old World, including sub-Saharan Africa, the Mediterranean Basin, India, and Southeast Asia. Further spread occurred as part of the Columbian Exchange, which brought African germplasm to the Caribbean, the southeastern United States, and South America, and Mediterranean germplasm to Cuba, the southwestern United States and Northwest Mexico.

Cowpea (Vigna unguiculata L. Walp) is a warm-season legume with a genetically diverse genepool composed of wild and cultivated forms. Cowpea domestication involved considerable phenotypic changes from the wild progenitor, including reduction of pod shattering, increased organ size, and changes in flowering time. Little is known about the genetic basis underlying these changes. In this study, 215 recombinant inbred lines derived from a cross between a cultivated and a wild cowpea accession were used to evaluate nine domestication-related traits (pod shattering, peduncle length, flower color, flowering time, 100-seed weight, pod length, leaf length, leaf width and seed number per pod). A high-density genetic map containing 17,739 single nucleotide polymorphisms was constructed and used to identify 16 quantitative trait loci (QTL) for these nine domestication-related traits. Candidate genes underlying each of those 16 QTL were identified. Four regions with clusters of QTL were identified, including one on chromosome 8 related to increased organ size. This study provides new knowledge of the genomic regions controlling domestication-related traits in cowpea as well as candidate genes underlying those QTL. This information can help to exploit wild relatives in cowpea breeding programs.

Seed coat color is an important part of consumer preferences for cowpea (Vigna unguiculata L. Walp). Color has been studied in numerous crop species and has often been linked to loci controlling the anthocyanin biosynthesis pathway. This study makes use of available resources, including mapping populations, a reference genome, and a high-density single nucleotide polymorphism genotyping platform, to map the black seed coat and purple pod tip color traits in cowpea. Several gene models encoding MYB domain protein 113 were identified as candidate genes. MYB domain proteins have been shown in other species to control expression of genes encoding enzymes for the final steps in the anthocyanin biosynthesis pathway. PCR analysis indicated that a presence/absence variation of one or more MYB113 genes may control the presence or absence of black pigment. A PCR marker has been developed for black seed coat color in cowpea.