Abstract Harnessing plant genetic resources including wild plants enables exploitation of agronomically unfavorable lands to secure food in the future. The genus Vigna , family Fabaceae, consists of many species of such kind, as they are often adapted to harsh environments including marine beach, arid sandy soil, acidic soil, limestone karst and marshes. Here we report long-read assemblies of 12 Vigna species, achieving 95% or higher BUSCO scores. The comparative analyses discovered a new class of WUSCHEL -related homeobox ( WOX ) transcription factor superfamily that are incorporated into LTR retrotransposons and have dramatically amplified in some species of the genus Vigna . Except WOX transcription factors, however, gene contents are highly conserved among Vigna species with few copy number variations. On the other hand, transcriptome data provided some insights that transcriptional alterations played more important roles in evolution of stress tolerance in the genus Vigna . The whole genome sequences presented in this study will facilitate understanding genetic mechanisms of stress tolerance and application for developing new crops that are adapted to unfavorable environments.

Second-generation sequencers (SGS) have been game-changing, achieving cost-effective whole genome sequencing in many non-model organisms. However, a large portion of the genomes still remains unassembled. We reconstructed azuki bean (Vigna angularis) genome using single molecule real-time (SMRT) sequencing technology and achieved the best contiguity and coverage among currently assembled legume crops. The SMRT-based assembly produced 100 times longer contigs with 100 times smaller amount of gaps compared to the SGS-based assemblies. A detailed comparison between the assemblies revealed that the SMRT-based assembly enabled a more comprehensive gene annotation than the SGS-based assemblies where thousands of genes were missing or fragmented. A chromosome-scale assembly was generated based on the high-density genetic map, covering 86% of the azuki bean genome. We demonstrated that SMRT technology, though still needed to be assisted by SGS data, can achieve a near-complete assembly of a eukaryotic genome.

Vigna marina (Barm.) Merr. is adapted to tropical marine beaches and has an outstanding tolerance to salt stress. Given there are growing demands for cultivating crops in saline soil or with saline water, it is important to understand how halophytic species are adapted to the saline environments. Here we sequenced the whole genome of V. marina with longreads, and performed a forward genetic study to identify QTLs involved in the salt tolerance. As the QTL region harbored VmSOS1 , encoding plasma membrane Na + /H + antiporter, we traced the dynamics of sodium using the positron emitting tracer imaging system (PETIS) and revealed that V. marina actively excretes sodium from the root. In addition, the sodium excretion was faster in the light period and slower in the dark period, indicating it is under diurnal regulation. The following comparative transcriptome analyses indicated that the SOS pathway plays a key role in the diurnal regulation of sodium excretion. Furthermore, we demonstrated that, under a condition of mild salt stress, the plants with the diurnally regulated SOS pathway outperformed those with the constitutively activated SOS pathway.

Legumes have evolved a unique manner of seed dispersal in that the seed pods explosively split open with helical tension generated by sclerenchyma on the endocarp. During domestication, azuki bean (Vigna angularis) and yard-long bean (Vigna unguiculata cv-gr. Sesquipedalis) have reduced or lost the sclerenchyma and lost the shattering behavior of seed pods. Here we performed fine-mapping with back-crossed populations and narrowed the candidate genomic region down to 4 kbp in azuki bean and 13 kbp in yard-long bean. Among genes located in these regions, we found MYB26 genes encoded truncated proteins in both the domesticated species. We also found in azuki bean and other legumes that MYB26 is duplicated and only the duplicated copy is expressed in seed pods. Interestingly, in Arabidopsis MYB26 is single copy and is specifically expressed in anther to initiate secondary wall thickening that is required for anther dehiscence. These facts indicated that, in legumes, MYB26 has been duplicated and acquired a new role in development of pod sclerenchyma. However, pod shattering is unfavorable phenotype for harvesting and thus has been selected against by human.