The sunflower genome provides insights into oil metabolism, flowering and Asterid evolution
2 Department of Botany and Biodiversity Research Centre
3 GDEC - Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales
4 IPS2 (UMR_9213 / UMR_1403) - Institut des Sciences des Plantes de Paris-Saclay
5 Faculty of Biology - Department of Ecology and Evolutionary Biology
6 Department of Plant Biology, Miller Plant Sciences
7 Department of Biotechnology
8 MIGAL - Galilee Research Institute [Israël]
9 CNRGV - Centre National de Ressources Génomiques Végétales
10 EPGV - Etude du Polymorphisme des Génomes Végétaux
11 Dow AgroSciences LLC
12 Biogemma
13 GeT-PlaGe - Génome et Transcriptome - Plateforme Génomique
14 GenPhySE - Génétique Physiologie et Systèmes d'Elevage
15 Department of Plant Sciences
16 Department of Biology
17 Center for Genomics and Bioinformatics
18 Department of Biological Sciences
19 AGIR - AGroécologie, Innovations, teRritoires
20 Department of Horticulture
21 The Wellcome Trust Sanger Institute [Cambridge]
22 MIAT INRA - Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse
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Résumé
The domesticated sunflower, Helianthus annuus L., is a global oil crop that has promise for climate change adaptation, because it can maintain stable yields across a wide variety of environmental conditions, including drought. Even greater resilience is achievable through the mining of resistance alleles from compatible wild sunflower relatives, including numerous extremophile species. Here we report a high-quality reference for the sunflower genome (3.6 gigabases), together with extensive transcriptomic data from vegetative and floral organs. The genome mostly consists of highly similar, related sequences and required single-molecule real-time sequencing technologies for successful assembly. Genome analyses enabled the reconstruction of the evolutionary history of the Asterids, further establishing the existence of a whole-genome triplication at the base of the Asterids II clade and a sunflower-specific whole-genome duplication around 29 million years ago. An integrative approach combining quantitative genetics, expression and diversity data permitted development of comprehensive gene networks for two major breeding traits, flowering time and oil metabolism, and revealed new candidate genes in these networks. We found that the genomic architecture of flowering time has been shaped by the most recent whole-genome duplication, which suggests that ancient paralogues can remain in the same regulatory networks for dozens of millions of years. This genome represents a cornerstone for future research programs aiming to exploit genetic diversity to improve biotic and abiotic stress resistance and oil production, while also considering agricultural constraints and human nutritional needs.
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