Abstract The classification of the legume family proposed here addresses the long‐known non‐monophyly of the traditionally recognised subfamily Caesalpinioideae, by recognising six robustly supported monophyletic subfamilies. This new classification uses as its framework the most comprehensive phylogenetic analyses of legumes to date, based on plastid matK gene sequences, and including near‐complete sampling of genera (698 of the currently recognised 765 genera) and ca. 20% (3696) of known species. The matK gene region has been the most widely sequenced across the legumes, and in most legume lineages, this gene region is sufficiently variable to yield well‐supported clades. This analysis resolves the same major clades as in other phylogenies of whole plastid and nuclear gene sets (with much sparser taxon sampling). Our analysis improves upon previous studies that have used large phylogenies of the Leguminosae for addressing evolutionary questions, because it maximises generic sampling and provides a phylogenetic tree that is based on a fully curated set of sequences that are vouchered and taxonomically validated. The phylogenetic trees obtained and the underlying data are available to browse and download, facilitating subsequent analyses that require evolutionary trees. Here we propose a new community‐endorsed classification of the family that reflects the phylogenetic structure that is consistently resolved and recognises six subfamilies in Leguminosae: a recircumscribed Caesalpinioideae DC., Cercidoideae Legume Phylogeny Working Group (stat. nov.), Detarioideae Burmeist., Dialioideae Legume Phylogeny Working Group (stat. nov.), Duparquetioideae Legume Phylogeny Working Group (stat. nov.), and Papilionoideae DC. The traditionally recognised subfamily Mimosoideae is a distinct clade nested within the recircumscribed Caesalpinioideae and is referred to informally as the mimosoid clade pending a forthcoming formal tribal and/or clade‐based classification of the new Caesalpinioideae. We provide a key for subfamily identification, descriptions with diagnostic charactertistics for the subfamilies, figures illustrating their floral and fruit diversity, and lists of genera by subfamily. This new classification of Leguminosae represents a consensus view of the international legume systematics community; it invokes both compromise and practicality of use.

Summary Nitrogen-fixing symbiosis is globally important in ecosystem functioning and agriculture, yet the evolutionary history of nodulation remains the focus of considerable debate. Recent evidence suggesting a single origin of nodulation followed by massive parallel evolutionary losses raises questions about why a few lineages in the N 2 -fixing clade retained nodulation and diversified as stable nodulators while most did not. Within legumes, nodulation is restricted to the two most diverse subfamilies, Papilionoideae and Caesalpinioideae, which show stable retention of nodulation across their core clades. We characterize two nodule anatomy types across 128 species in 56 of the 150 genera of the legume subfamily Caesalpinioideae: 1) fixation thread nodules (FTs), where nitrogen-fixing bacteroids are retained within the apoplast in modified infection threads and 2) symbiosomes, where rhizobia are symplastically internalized in the host cell cytoplasm within membrane-bound symbiosomes. Using a robust phylogenomic tree based on 997 genes from 146 caesalpinioid genera, we show that losses of nodulation are more prevalent in lineages with FTs. We propose that evolution of the symbiosome allows for a more intimate and enduring symbiosis through greater compartmentalisation of their rhizobial microsymbionts, resulting in greater evolutionary stability of nodulation across this species-rich pantropical clade of legumes.

Abstract Early natural historians – Compte de Buffon, von Humboldt and De Candolle – established ecology and geography as two principal axes determining the distribution of groups of organisms, laying the foundations for biogeography over the subsequent 200 years, yet the relative importance of these two axes remains unresolved. Leveraging phylogenomic and global species distribution data for Mimosoid legumes, an pantropical plant clade of 3,400 species, we show that the water availability gradient from deserts to rainforests dictates turnover of lineages within continents across the tropics. We demonstrate that 95% of speciation occurs within a precipitation niche, showing profound phylogenetic niche conservatism, and that lineage turnover boundaries coincide with isohyets of precipitation. We reveal similar patterns on different continents, implying that evolution and dispersal follow universal processes.

Abstract The cosmopolitan Botrychium lunaria group belong to the most species rich genus of the family Ophioglossaceae and was considered to consist of two species until molecular studies in North America and northern Europe led to the recognition of multiple new taxa. Recently, additional genetic lineages were found scattered in Europe, emphasizing our poor understanding of the global diversity of the B. lunaria group, while the processes involved in the diversification of the group remain unexplored. We conducted the first global phylogenetic study of the group including 513 ingroup accessions sequenced for four non-coding plastid loci. We recovered ten well-supported clades, although relationships between clades were inconsistent between Bayesian and Maximum Likelihood analyses. We treated each clade at the species level, except for one clade including two ploidy levels, resulting in the recognition of 11 species, 5 of which are unnamed. In contrast to previous studies, we found species diversity to be equally distributed across the northern hemisphere, with 7-8 species per continent. We estimated the stem age of the B. lunaria group at 2.4-5.1 million years, with most species 1.8-2.6 million years old, and subspecies 0.5-1.0 million years old. Diversification thus coincided with Pleistocene climatic fluctuations that strongly affected the areas inhabited by the group, suggesting that diversification was driven by climatically induced cycles of extinction, dispersal, and migration. Furthermore, ecological differentiation between species suggests these complex population dynamics were associated with adaptations to specific environmental conditions. We found limited evidence that speciation is driven by polyploidization and hybridization. We show that the B. lunaria group has greater species level diversity than previously assumed and suspect that further cryptic species may await discovery, especially in the B. neolunaria clade.

The consequences of the Cretaceous-Paleogene (K-Pg) boundary (KPB) mass extinction for the evolution of plant diversity are poorly understood, even although evolutionary turnover of plant lineages at the KPB is central to understanding the assembly of the Cenozoic biota. One aspect that has received considerable attention is the apparent concentration of whole genome duplication (WGD) events around the KPB, which may have played a role in survival and subsequent diversification of plant lineages. In order to gain new insights into the origins of Cenozoic biodiversity, we examine the origin and early evolution of the legume family, one of the most important angiosperm clades that rose to prominence after the KPB and for which multiple WGD events are found to have occurred early in its evolution. The legume family (Leguminosae or Fabaceae), with c. 20.000 species, is the third largest family of Angiospermae, and is globally widespread and second only to the grasses (Poaceae) in economic importance. Accordingly, it has been intensively studied in botanical, systematic and agronomic research, but a robust phylogenetic framework and timescale for legume evolution based on large-scale genomic sequence data is lacking, and key questions about the origin and early evolution of the family remain unresolved. We extend previous phylogenetic knowledge to gain insights into the early evolution of the family, analysing an alignment of 72 protein-coding chloroplast genes and a large set of nuclear genomic sequence data, sampling thousands of genes. We use a concatenation approach with heterogeneous models of sequence evolution to minimize inference artefacts, and evaluate support and conflict among individual nuclear gene trees with internode certainty calculations, a multi-species coalescent method, and phylogenetic supernetwork reconstruction. Using a set of 20 fossil calibrations we estimate a revised timeline of legume evolution based on a selection of genes that are both informative and evolving in an approximately clock-like fashion. We find that the root of the family is particularly difficult to resolve, with strong conflict among gene trees suggesting incomplete lineage sorting and/or reticulation. Mapping of duplications in gene family trees suggest that a WGD event occurred along the stem of the family and is shared by all legumes, with additional nested WGDs subtending subfamilies Papilionoideae and Detarioideae. We propose that the difficulty of resolving the root of the family is caused by a combination of ancient polyploidy and an alternation of long and very short internodes, shaped respectively by extinction and rapid divergence. Our results show that the crown age of the legumes dates back to the Maastrichtian or Paleocene and suggests that it is most likely close to the KPB. We conclude that the origin and early evolution of the legumes followed a complex history, in which multiple nested polyploidy events coupled with rapid diversification are associated with the mass extinction event at the KPB, ultimately underpinning the evolutionary success of the Leguminosae in the Cenozoic.

The cosmopolitan Botrychium lunaria group belong to the most species rich genus of the family Ophioglossaceae and was considered to consist of two species until molecular studies in North America and northern Europe led to the recognition of multiple new taxa. Recently, additional genetic lineages were found scattered in Europe, emphasizing our poor understanding of the global diversity of the B. lunaria group, while the processes involved in the diversification of the group remain unexplored. We conducted the first global phylogenetic study of the group including 533 ingroup accessions sequenced for four plastid loci. We compared results of Bayesian and Maximum Likelihood based methods. We used the phylogenetic relationship we recovered to estimate the timing of divergence with BEAST. We explored ecological segregation between species with climatic variables (CHELSA database) and soil pH measurements. The ploidy level and genome size were estimated with flow cytometry. We recovered nine well-supported clades, although relationships between clades were inconsistent between Bayesian and Maximum Likelihood analyses. We treated each clade at the species level, except for one clade including two ploidy levels and one including two recognized diploid species one of which appeared as subclade (B. nordicum) of the other (B. lunaria), resulting in the recognition of 11 species, 4 of which are unnamed. In contrast to previous studies, we found species diversity to be equally distributed across the northern hemisphere, with 6-8 species per continent. We estimated the stem age of the B. lunaria group at 2.5-5.3 million years, with most species 1.5-2.6 million years old, and subclades 0.2-1.0 million years old. Diversification thus coincided with Pleistocene climatic fluctuations that strongly affected the areas inhabited by the group, suggesting that diversification was driven by climatically induced cycles of extinction, dispersal, and migration. Furthermore, ecological differentiation between species suggests these complex population dynamics were associated with adaptations to specific environmental conditions. We found limited evidence that speciation is driven by polyploidization and hybridization. The B. lunaria group radiation was most likely driven by the Pleistocene climatic shifts. For the first time, we show that ecological drivers may have played a role in the diversification of this group, rather than polyploidization. Furthermore, the B. lunaria group has greater species level diversity than previously assumed and we suspect that further cryptic species may await discovery, especially in the B. neolunaria clade.

The two main extensions of rain forest in South America are the Amazon (Amazônia) and the Atlantic rain forest (Mata Atlântica), which are separated by a wide ‘dry diagonal’ of seasonal vegetation. We used the species-rich tree genus Inga to test if Amazônia—Mata Atlântica dispersals have been clustered during specific time periods corresponding to past, humid climates. We performed hybrid capture DNA sequencing of 810 nuclear loci for 453 accessions representing 164 species that included 62% of Mata Atlântica species and estimated a dated phylogeny for all accessions using maximum likelihood, and a species-level tree using coalescent methods. There have been 16–20 dispersal events to the Mata Atlântica from Amazônia with only one or two dispersals in the reverse direction. These events have occurred over the evolutionary history of Inga , with no evidence for temporal clustering, and model comparisons of alternative biogeographic histories and null simulations showing the timing of dispersal events matches a random expectation. Time-specific biogeographic corridors are not required to explain dispersal between Amazônia and the Mata Atlântica for rain forest trees such as Inga , which are likely to have used a dendritic net of gallery forests to cross the dry diagonal.

Detarioideae is well known for its high diversity of floral traits, including flower symmetry, number of organs, and petal size and morphology. This diversity has been characterized and studied at higher taxonomic levels, but limited analyses have been performed among closely related genera with contrasting floral traits due to the lack of fully resolved phylogenetic relationships. Here, we used four representative transcriptomes to develop an exome capture bait for the entire subfamily and applied it to the Anthonotha clade using a complete data set (61 specimens) representing all extant floral diversity. Our phylogenetic analyses recovered congruent topologies using ML and Bayesian methods. The genus Anthonotha was recovered as monophyletic contrary to the remaining three genera (Englerodendron, Isomacrolobium and Pseudomacrolobium), which form a monophyletic group sister to Anthonotha. We inferred a total of 35 transitions for the seven floral traits (pertaining to flower symmetry, petals, stamens and staminodes) that we analyzed, suggesting that at least 30% of the species in this group display transitions from the ancestral condition reconstructed for the Anthonotha clade. The main transitions were towards a reduction in the number of organs (petals, stamens and staminodes). Despite the high number of transitions, our analyses indicate that the seven characters are evolving independently in these lineages. Petal morphology is the most labile floral trait with a total of seven independent transitions in number and seven independent transitions to modification in petal types. The diverse petal morphology along the dorsoventral axis of symmetry within the flower is not associated with differences at the micromorphology of petal surface, suggesting that in this group all petals within the flower might possess the same petal identity at the molecular level. Our results provide a solid evolutionary framework for further detailed analyses of the molecular basis of petal identity.