Summary We have studied the nucleotide diversity of common bean, P haseolus vulgaris , which is characterized by two independent domestications in two geographically distinct areas: Mesoamerica and the Andes. This provides an important model, as domestication can be studied as a replicate experiment. We used nucleotide data from five gene fragments characterized by large introns to analyse 214 accessions (102 wild and 112 domesticated). The wild accessions represent a cross‐section of the entire geographical distribution of P . vulgaris . A reduction in genetic diversity in both of these gene pools was found, which was three‐fold greater in Mesoamerica compared with the Andes. This appears to be a result of a bottleneck that occurred before domestication in the Andes, which strongly impoverished this wild germplasm, leading to the minor effect of the subsequent domestication bottleneck (i.e. sequential bottleneck). These findings show the importance of considering the evolutionary history of crop species as a major factor that influences their current level and structure of genetic diversity. Furthermore, these data highlight a single domestication event within each gene pool. Although the findings should be interpreted with caution, this evidence indicates the Oaxaca valley in Mesoamerica, and southern Bolivia and northern Argentina in South America, as the origins of common bean domestication.

Abstract Domesticated crops have been disseminated by humans over vast geographic areas. After 1492, the common bean ( Phaseolus vulgaris L.) was introduced in Europe. Here, we combine whole-genome profiling, metabolic fingerprinting and phenotypic characterisation, and we show that the first common bean cultigens successfully introduced into Europe were of Andean origin, after Francisco Pizarro’s expedition to northern Peru in 1529. We show that hybridisation, selection and recombination have shaped the genomic diversity of the European common bean in parallel with political constraints. There is clear evidence of adaptive introgression into the Mesoamerican-derived European genotypes, with 44 Andean introgressed genomic segments shared by more than 90% of European accessions and distributed across all chromosomes except PvChr11. Genomic scans for signatures of selection highlight the role of genes relevant to flowering and environmental adaptation, suggesting that introgression has been crucial for the dissemination of this tropical crop to the temperate regions of Europe.

Summary Lentil ( Lens culinaris Medik.) is cultivated under a wide range of environmental conditions, which led to diverse phenological adaptations and resulted in a decrease in genetic variability within breeding programs due to reluctance in using genotypes from other environments. We phenotyped 324 genotypes across nine locations over three years to assess their phenological response to the environment of major lentil production regions and to predict days from sowing to flowering (DTF) using a photothermal model. DTF was highly influenced by the environment and is sufficient to explain adaptation. We were able to predict DTF reliably in most environments using a simple photothermal model, however, in certain site-years, results suggest there may be additional environmental factors at play. Hierarchical clustering of principal components revealed the presence of eight groups based on the responses of DTF to contrasting environments. These groups are associated with the coefficients of the photothermal model and revealed differences in temperature and photoperiod sensitivity. Expanding genetic diversity is critical to the success of a breeding program; understanding adaptation will facilitate the use of exotic germplasm. Future climate change scenarios will result in increase temperature and/or shifts in production areas, we can use the photothermal model to identify genotypes most likely to succeed in these new environments.

Mounting evidence indicates the key role of Nitrogen (N) on diverse processes in plant, including not only yield but also development and defense. Using a combined transcriptomics and metabolomics approach, we studied the response of seedlings to N starvation of two different tetraploid wheat genotypes from the two main domesticated subspecies, emmer (Triticum turgidum ssp. dicoccum) and durum wheat (Triticum turgidum ssp. durum). We found that durum wheat exhibits broader and stronger response in comparison to emmer as evidenced by the analysis of the differential expression pattern of both genes and metabolites and gene enrichment analysis. Emmer and durum wheat showed major differences in the responses to N starvation for transcription factor families. While emmer showed differential reduction in the levels of primary metabolites to N starvation, durum wheat exhibited increased levels of most metabolites, including GABA as an indicator of metabolic imbalance. The correlation-based networks including the differentially expressed genes and metabolites revealed tighter regulation of metabolism in durum wheat in comparison to emmer, as evidenced by the larger number of significant correlations. We also found that glutamate and GABA had highest values of centrality in the metabolic correlation network, suggesting their critical role in the genotype-specific response to N starvation of emmer and durum wheat, respectively. Moreover, this finding indicates that there might be contrasting strategies associated to GABA and Glutamate signaling modulating shoot vs root growth in the two different wheat subspecies.

Abstract The domestication of crops is associated with the genome-wide loss of nucleotide diversity caused by selection and genetic drift. Here we investigated 32 genotypes representing key stages in the domestication of tetraploid wheat, i.e. wild emmer, emmer and durum wheat. RNA-Seq analysis was combined with estimates of evolvability, heritability and Q ST to characterize the plasticity of gene expression and its adaptive role in primary and secondary domestication under different nitrogen growth conditions. We confirmed the loss of nucleotide diversity and found that primary and secondary domestication affected gene expression diversity in different ways, influenced by nitrogen availability. We found that nitrogen starvation induced the expression of a larger number of genes in durum wheat compared to emmer and wild emmer. Q ST distributions and Q ST –F ST comparisons revealed distinct selection signatures at each domestication stage. While primary domestication affected the expression of genes involved in biotic interactions, secondary domestication was associated with changes in expression of genes involved in metabolism of amino acids, particularly lysine. Our combined results revealed genes specifically involved in nitrogen metabolism, such as glutamate dehydrogenase , with important role in early development, underwent selection during secondary domestication. Therefore, our findings show that nitrogen availability had a pivotal role during the domestication and adaptive responses of one of our major food crops, with varying effects across different traits.

In legumes, pod shattering occurs when mature pods dehisce along the sutures, and detachment of the valves promotes seed dispersal. In Phaseolus vulgaris, the major locus qPD5.1-Pv for pod indehiscence was identified recently. We developed a BC4/F4 introgression line population and narrowed the major locus down to a 22.5-kb region. Here, gene expression and a parallel histological analysis of dehiscent and indehiscent pods identified an AtMYB26 orthologue as the best candidate for loss of pod shattering, on a genomic region ~11 kb downstream of the highest associated peak. Based on mapping and expression data, we propose early and fine up-regulation of PvMYB26 in dehiscent pods. Detailed histological analysis establishes that pod indehiscence is associated to the lack of a functional abscission layer in the ventral sheath, and that the key anatomical modifications associated with pod shattering in common bean occur early during pod development. We finally propose that loss of pod shattering in legumes resulted from histological convergent evolution and that this is the result of selection at orthologous loci.

The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is an important grain legume crop [1,2] whose life history offers an ideal evolutionary model to identify adaptive variants suitable for breeding programs [3]. Here we present the first common bean pan-genome based on five high-quality genomes and whole-genome reads representing 339 genotypes. We found ~243 Mb of additional sequences containing 7,495 protein-coding genes missing from the reference, constituting 51% of the total presence/absence variations (PAVs). There were more putatively deleterious mutations in PAVs than core genes, probably reflecting the lower effective population size of PAVs as well as fitness advantages due to the purging effect of gene loss. Our results suggest pan-genome shrinkage occurred during wild range expansion from Mexico to South America, with more PAV loss per individual in Andean vs Mesoamerican populations. Selection during wild spreading and domestication was also associated with PAV loss involved in important adaptive traits. Our findings provide evidence that partial or complete gene loss was a key adaptive trait leading to localized and genome-wide reductions. This departs from established paradigms and reveals how evolutionary forces shape gene composition within plant genomes. The common bean pan-genome offers a valuable resource for legume research and breeding, climate change mitigation, and sustainable agriculture.

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.