Abstract Increasing the proportion of locally produced plant protein in currently meat-rich diets could substantially reduce greenhouse gas emission and loss of biodiversity. However, plant protein production is hampered by the lack of a cool-season legume equivalent to soybean in agronomic value. Faba bean ( Vicia faba L.) has a high yield potential and is well-suited for cultivation in temperate regions, but genomic resources are scarce. Here, we report a high-quality chromosome-scale assembly of the faba bean genome and show that it has grown to a massive 13 Gb in size through an imbalance between the rates of amplification and elimination of retrotransposons and satellite repeats. Genes and recombination events are evenly dispersed across chromosomes and the gene space is remarkably compact considering the genome size, though with significant copy number variation driven by tandem duplication. Demonstrating practical application of the genome sequence, we develop a targeted genotyping assay and use high-resolution genome-wide association (GWA) analysis to dissect the genetic basis of hilum colour. The resources presented constitute a genomics-based breeding platform for faba bean, enabling breeders and geneticists to accelerate improvement of sustainable protein production across Mediterranean, subtropical, and northern temperate agro-ecological zones.

Abstract Maize is currently the most productive cereal crop in the world ( www.faostat.org ). It can associate with the Arbuscular Mycorrhizal Fungus (AMF) Rhizophagus irregularis which can provide additional water and mineral nutrients to the plant in return for C delivered by the host plant. Two maize lines were characterized at the physiological and molecular levels as they displayed contrasting responses to inoculation with the AMF when grown under optimal, medium, or low N fertilization conditions. For both these lines, the presence of the AMF allows development of a beneficial symbiotic association but only under limiting N fertilization conditions and allows to maintain plant biomass production when there is a five fold reduction in N supply. Physio-agronomical phenotyping and transcriptomic and metabolomic characterization of these two lines indicates that, (i) the level of N supply is the major factor affecting all studied traits; (ii) although the two lines display different transcriptomic and metabolomic responses to R. irregularis the agro-physiological traits are similar; and (iii) inoculation with the AMF relieves N deficiency stress. Analysis of the fungal transcriptome indicated that, like the plant transcriptome, it was also mainly affected by N nutrition level rather than by the maize host genotype. To explore potential metabolic pathways affected by the symbiosis, we integrated the transcriptomic data to model mycorrhized maize metabolism in a multi-organ Genome-scale metabolic model (GSM) i ZMA6517, based on a stoichiometric approach. Both maize transcriptomics data integrated i ZMA6517 model and R. irregularis transcriptome pointed to nucleotide and ureides metabolism as previously unexplored new drivers of the symbiotic N nutrition triggered by R. irregu laris that allow maize growth improvement.