ABSTRACT High-throughput genotyping enables the large-scale analysis of genetic diversity in population genomics and genomewide association studies that combine the genotypic and phenotypic characterization of large collections of accessions. Sequencing-based approaches for genotyping are progressively replacing traditional genotyping methods due to the lower ascertainment bias. However, genome-wide genotyping based on sequencing becomes expensive in species with large genomes and a high proportion of repetitive DNA. Here we describe the use of CRISPR/Cas9 technology to deplete repetitive elements in the 3.76-Gb genome of lentil ( Lens culinaris ), 84% consisting of repeats, thus concentrating the sequencing data on coding and regulatory regions (single-copy regions). We designed a custom set of 566,766 gRNAs targeting 2.9 Gbp of repeats and excluding repetitive regions overlapping annotated genes and putative regulatory elements based on ATAC-Seq data. The novel depletion method removed ∼40% of reads mapping to repeats, increasing those mapping to single-copy regions by ∼2.6-fold. When analyzing 25 million fragments, this repeat-to-single-copy shift in the sequencing data increased the number of genotyped bases of ∼10-fold compared to non-depleted libraries. In the same condition, we were also able to identify ∼12-fold more genetic variants in the single-copy regions and increased the genotyping accuracy by rescuing thousands of heterozygous variants that otherwise would be missed due to low coverage. The method performed similarly regardless of the multiplexing level, type of library or genotypes, including different cultivars and a closely-related species ( L. orientalis ). Our results demonstrated that CRISPR/Cas9-driven repeat depletion focuses sequencing data on meaningful genomic regions, thus improving high-density and genome-wide genotyping in large and repetitive genomes.

The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is a crucial legume crop and an ideal evolutionary model to study adaptive diversity in wild and domesticated populations. Here, we present a common bean pan-genome based on five high-quality genomes and whole-genome reads representing 339 genotypes. It reveals ~234 Mb of additional sequences containing 6,905 protein-coding genes missing from the reference, constituting 49% of all presence/absence variants (PAVs). More non-synonymous mutations are found in PAVs than core genes, probably reflecting the lower effective population size of PAVs and fitness advantages due to the purging effect of gene loss. Our results suggest pan-genome shrinkage occurred during wild range expansion. Selection signatures provide evidence that partial or complete gene loss was a key adaptive genetic change in common bean populations with major implications for plant adaptation. The pan-genome is a valuable resource for food legume research and breeding for climate change mitigation and sustainable agriculture.

Abstract The remarkable evolutionary history of the common bean ( Phaseolus vulgaris L. ) has led to the emergence of three wild main genepools corresponding to three different ecogeographic areas: Mesoamerica, the Andes and northern Peru/Ecuador. Recent works proposed novel scenarios and the northern Peru/Ecuador population has been described as a new species called P. debouckii, rekindling the debate about the origin of P. vulgaris . Here we shed light on the origin of P. vulgaris by analysing the chloroplast and nuclear genomes of a large varietal collection representing the entire geographical distribution of wild forms. We assembled 37 chloroplast genomes de novo and used them to construct a time frame for the divergence of the genotypes under investigation, revealing that the separation of the Mesoamerican and northern Peru/Ecuador genepools occurred ∼0.15 Mya. Our results clearly support a Mesoamerican origin of the common bean and reject the recent P. deboukii hypothesis. These results also imply two independent migratory events from Mesoamerica to the North and South Andes, probably facilitated by birds. Our work represents a paradigmatic example of the importance of taking into account recombination events when investigating phylogeny and of the analysis of wild forms when studying the evolutionary history of a crop species.