1. The sunflower genome provides insights into oil metabolism, flowering and Asterid evolution
- Author
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BADOUIN, Hélène, Gouzy, Jerome, GRASSA, Christopher, Murat, Florent, Staton, S Evan, Cottret, Ludovic, Lelandais-briere, Christine, Owens, Gregory L, Carrere, Sebastien, mayjonade, Baptiste, Legrand, Ludovic, Gill, Navdeep, Kane, Nolan C, Bowers, John E, Hubner, Sariel, Bellec, Arnaud, Berard, Aurélie, Berges, Helene, BLANCHET, Nicolas, Boniface, Marie-Claude, Brunel, Dominique, Catrice, Olivier, Chaidir, Nadia, Claudel, Clotilde, Donnadieu, Cecile, Faraut, Thomas, Fievet, Ghislain, Helmstetter, Nicolas, King, Matthew, Knapp, Steven J, Lai, Zhao, Le Paslier, Marie-Christine, Lippi, Yannick, LORENZON, Lolita, Mandel, Jennifer R, Marage, Gwenola, MARCHAND, Gwenaëlle, MARQUAND, Elodie, MESTRIES, Emmanuelle, Morien, Evan, Nambeesan, Savithri, Nguyen, Thuy, Pegot - Espagnet, Prune, Pouilly, Nicolas, Raftis, Frances, Sallet, Erika, Schiex, Thomas, Thomas, Justine, Vandecasteele, Céline, Vares, Didier, Vear, Felicity, Vautrin, Sonia, Crespi, Martin, Mangin, Brigitte, Burke, John M, Salse, Jerome, Munos, Stephane, Vincourt, Patrick, Rieseberg, Loren H, Langlade, Nicolas, Laboratoire des interactions plantes micro-organismes (LIPM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Department of Botany and Biodiversity Research Centre, University of British Columbia (UBC), Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales (GDEC), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP), Institut des Sciences des Plantes de Paris-Saclay (IPS2 (UMR_9213 / UMR_1403)), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Department of Ecology and Evolutionary Biology (Faculty of Biology), University of Science-Vietnam National Universities, Department of Plant Biology, Miller Plant Sciences, University of Georgia [USA], Department of Biotechnology, Tel-Hai Academic College, Galilee Research Institute (Migal), Centre National de Ressources Génomiques Végétales (CNRGV), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Etude du Polymorphisme des Génomes Végétaux (EPGV), Dow AgroSciences LLC, Biogemma, GeT PlaGe, Genotoul, Génétique Physiologie et Systèmes d'Elevage (GenPhySE ), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-École nationale supérieure agronomique de Toulouse [ENSAT], Department of Plant Sciences, University of California, Department of Biology, Northern Arizona University [Flagstaff], Center for Genomics and Bioinformatics, Indiana University [Bloomington], Indiana University System-Indiana University System, Department of Biological Sciences, The Open University [Milton Keynes] (OU), UMR : AGroécologie, Innovations, TeRritoires, Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse, Department of Horticulture, University of Wisconsin-Madison, The Wellcome Trust Sanger Institute [Cambridge], Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT INRA), French National Research Agency : SUNYFUEL/ANR-07-GPLA-0022, SUNRISE/ANR-11-BTBR-0005 Midi-Pyrenees Region, European Fund for Regional Development, French Fund for Competitiveness Clusters (FUI), Genoscope SystemSun project, Genome Canada, Genome BC's Applied Genomics Research in Bioproducts or Crops (ABC) Competition, NSF Plant Genome Program : DBI-082045, International Consortium for Sunflower Genomics Resources, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Tel-Hai College, Génome et Transcriptome - Plateforme Génomique (GeT-PlaGe), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Plateforme Génome & Transcriptome (GET), Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), École nationale supérieure agronomique de Toulouse [ENSAT]-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, AGroécologie, Innovations, teRritoires (AGIR), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), ANR-07-GPLA-0022,SUNYFUEL,Improving sunflower yield and quality for biofuel production by genomics and genetics(2007), ANR-11-BTBR-0005,SUNRISE,Ressources génétiques de tournesol pour l'amélioration de la stabilité de production d'huile sous c(2011), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020]), Galilee Research Institute [Israël] (MIGAL), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-École nationale supérieure agronomique de Toulouse (ENSAT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT), University of California (UC), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Interactions plantes-microorganismes et santé végétale, Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université Nice Sophia Antipolis ( UNS ), Université Côte d'Azur ( UCA ) -Université Côte d'Azur ( UCA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), University of British Columbia ( UBC ), Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales ( GDEC ), Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 ( UBP ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ), UMR 1403 Institut des Sciences des Plantes de Paris Saclay, Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ), Department of Ecology and Evolutionary Biology ( Faculty of Biology ), University of Georgia, Galilee Research Institute ( Migal ), Centre National de Ressources Génomiques Végétales ( CNRGV ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ), Etude du Polymorphisme des Génomes Végétaux ( EPGV ), GenPhySE - UMR 1388 ( Génétique Physiologie et Systèmes d'Elevage ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -École nationale supérieure agronomique de Toulouse [ENSAT]-ENVT, The Open University [Milton Keynes] ( OU ), University of Wisconsin-Madison [Madison], Wellcome Trust Sanger Institute, and Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse ( MIAT INRA )
- Subjects
[ SDV.BV ] Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology ,sunflower ,Acclimatization ,résistance au stress ,génome végétal ,Flowers ,genome evolution ,résilience ,Evolution, Molecular ,Gene Expression Regulation, Plant ,Stress, Physiological ,Gene Duplication ,[SDV.BV]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology ,Plant Oils ,Sunflower Oil ,genome ,food and beverages ,Genetic Variation ,Genomics ,Sequence Analysis, DNA ,tournesol ,genêtic variation ,stress biotique ,diversité génétique ,Helianthus ,Transcriptome ,Genome, Plant - Abstract
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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- 2016
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