Gene banks for wild and cultivated sunflower genetic resources

Modern breeding of sunflower (Helianthus annuus L.), which started 100 years ago, increased the number and the diversity of cultivated forms. In addition, for more than 50 years, wild sunflower and other Helianthus species have been collected in North America where they all originated. Collections of both cultivated and wild forms are maintained in gene banks in many countries where sunflower is an important crop, with some specificity according to the availability of germplasm and to local research and breeding programmes. Cultivated material includes land races, open pollinated varieties, synthetics and inbred lines. The majority of wild accessions are ecotypes of wild Helianthus annuus, but also 52 other species of Helianthus and a few related genera. The activities of three gene banks, in USA, France and Serbia, are described in detail, supplemented by data from seven other countries. Past and future uses of the genetic resources for environmental adaptation and breeding are discussed in relation to genomic and improved phenotypic knowledge of the cultivated and wild accessions available in the gene banks.L’amélioration moderne du tournesol (Helianthus annuus L.) a débuté il y a un siècle, diversifiant et augmentant le nombre des formes cultivées du tournesol. De plus, des collectes de tournesols sauvages et d’espèces du genre Helianthus ont lieu depuis 50 ans en Amérique du Nord d’où ils sont tous originaires. Ainsi, des collections de tournesols cultivés et sauvages sont conservées par des centres de ressources génétiques dans de nombreux pays où le tournesol est une culture importante. Chacun d’eux présente des spécificités par rapport aux ressources génétiques maintenues, en fonction des programmes de recherche ou de sélection variétale locales. Le matériel génétique cultivé comprend des écotypes, des populations et des lignées tandis que les accessions sauvages correspondent eux écotypes d’Helianthus annuus sauvages et des 52 autres espèces apparentées du genre Helianthus. Les activités de trois centres de ressources génétiques des États-Unis, de la France et de la Serbie sont décrites en détail, complétées par des données provenant des centres de sept autres pays. L’historique de l’utilisation des ressources génétiques et les perspectives futures pour l’adaptation des variétés à l’environnement sont discutés ainsi que leur caractérisation au niveau génomique et phénotypique.The Supplementary Material is available at [https://www.ocljournal.org/10.1051/ocl/2020004/olm]

Evolution des caractéristiques de la graine et du capitule chez le tournesol au cours de la maturation

L’évolution de l’humidité du capitule et des graines de 25 variétés de tournesol (Helianthus annuus L.), de la teneur en huile de 13 d’entre elles et du poids sec de 100 grains, pour 10 d’entre elles, ont été suivis de la floraison jusqu’à la maturité complète. L’humidité des graines diminue régulièrement au cours des 7 semaines d’étude à des vitesses différentes suivant les variétés. L’humidité du capitule ne varie pas pendant les 6 premières semaines après la floraison (70 à 80% d’eau), puis décroît de façon plus ou moins importante suivant les variétés. Un certain nombre de corrélations entre différents caractères et l’humidité au 2 septembre sont établies. Le contenu maximal en huile varie, suivant les variétés, de 44 à 52% du poids sec du grain. Il est élaboré, en moyenne, dans les 40 premiers jours après la floraison, la matière sèche du grain l’étant dans les 45 premiers jours après la floraison. Les vitesses d’évolution des teneurs en huile et en matière sèche varient en fonction des génotypes.Changes in the humidity of capitula and seed of 25 sunflower (Helianthus annuus L.) varieties were followed from flowering to maturity, the oil content evolution was studied for 13 varieties and the 100 grain weight evolution for 10. The water content of seeds diminished regularly during the 7 weeks of the study, with significant varietal rate differences. The capitulum humidity did not vary during the six first weeks after flowering (70 to 80%) but then was reduced to a variable extent according to variety. Correlation between different characters and humidity on 02/09/87 were established. The maximum oil content of the seed varied between varieties from 44 to 52% of dry weight. It was generaly produced during the 40 days after flowering, comparable with the dry weight, maximum 45 days after flowering days. The rates of increase of both these characteristics varied according to genotype

Environmental effects on hullability of sunflower hybrids

Twenty-five sunflower hybrids were grown in 5 environments in order to determine environmental effects and genotype x environment interactions on hullability. Cropping conditions had significant effects on hullability. A water deficit, in particular during seed maturation, resulted in a considerable increase in hullability. Although highly significant, the genotype x environment interaction was quite small with significant correlations between genotype rankings in the different environments. Fractionation of the interaction following a multiplicative model showed that the intensity of interaction varied according to genotype. However, a non-parametric test did not show any significant difference between the stabilities of the 25 hybrids studied. It is concluded that efficient breeding for hullability can be carried out using control genotypes in quite a small number of locations.Effets de l'environnement sur l'aptitude au décorticage d'hybrides de tournesol. Une étude de 25 hybrides de tournesol expérimentés dans 5 milieux a été entreprise pour estimer l'action du milieu et l'importance des interactions génotype x environnement sur leurs aptitudes au décorticage. Les conditions de culture peuvent avoir une incidence très importante sur ce caractère. Un déficit hydrique, notamment durant la phase de maturation des akènes, peut se traduire par une nette augmentation des taux de décorticage. Bien que hautement significative, l'interaction avec le milieu apparaît modérée, les classements des génotypes pour les différents essais étant corrélés significativement. Sa décomposition selon un modèle multiplicatif a permis de montrer qu'elle est plus ou moins prononcée selon les génotypes étudiés. Toutefois, aucune différence de stabilité entre les 25 hybrides n'a été révélée par le test non paramétrique utilisé. Il est conclu qu'une sélection pour l'adaptation générale utilisant des témoins et réalisée sur un nombre limité de lieux devrait être efficace

Environmental effects on hullability of sunflower hybrids

Twenty-five sunflower hybrids were grown in 5 environments in order to determine environmental effects and genotype x environment interactions on hullability. Cropping conditions had significant effects on hullability. A water deficit, in particular during seed maturation, resulted in a considerable increase in hullability. Although highly significant, the genotype x environment interaction was quite small with significant correlations between genotype rankings in the different environments. Fractionation of the interaction following a multiplicative model showed that the intensity of interaction varied according to genotype. However, a non-parametric test did not show any significant difference between the stabilities of the 25 hybrids studied. It is concluded that efficient breeding for hullability can be carried out using control genotypes in quite a small number of locations.Effets de l'environnement sur l'aptitude au décorticage d'hybrides de tournesol. Une étude de 25 hybrides de tournesol expérimentés dans 5 milieux a été entreprise pour estimer l'action du milieu et l'importance des interactions génotype x environnement sur leurs aptitudes au décorticage. Les conditions de culture peuvent avoir une incidence très importante sur ce caractère. Un déficit hydrique, notamment durant la phase de maturation des akènes, peut se traduire par une nette augmentation des taux de décorticage. Bien que hautement significative, l'interaction avec le milieu apparaît modérée, les classements des génotypes pour les différents essais étant corrélés significativement. Sa décomposition selon un modèle multiplicatif a permis de montrer qu'elle est plus ou moins prononcée selon les génotypes étudiés. Toutefois, aucune différence de stabilité entre les 25 hybrides n'a été révélée par le test non paramétrique utilisé. Il est conclu qu'une sélection pour l'adaptation générale utilisant des témoins et réalisée sur un nombre limité de lieux devrait être efficace

Étude des relations entre la précocité du tournesol et son rendement, sa teneur en huile, son développement et sa morphologie

Dans une étude sur 25 hybrides de tournesol, issus d'un plan factoriel de croisement, ainsi que des variétés cultivées, 2 matrices de corrélations linéaires totales entre différents paramètres ont été réalisées afin d'étudier les liaisons entre différents caractères du développement et l'humidité à la récolte, le rendement en grains et la teneur en huile. La précocité à la récolte est corrélée avec la durée totale levée-maturité physiologique (r = 0,74 **), et plutôt avec la durée floraison-maturité physiologique (0,69 **) que la durée levée-floraison (0,54 *). Les caractères morphologiques ne sont pas révélateurs de la précocité. Le rendement est corrélé avec des caractères morphologiques de vigueur, mais parmi ses composantes le nombre de grains par capitule paraît plus important que le poids de 1 000 grains. La teneur en huile est peu corrélée avec d'autres caractères. En l'absence de corrélation rendement-précocité la sélection de tournesols précoces à haut rendement devrait être possible mais nécessiterait des observations en fin de cycle de la maturité des graines.A study of the relations between earliness in sunflowers and yield, oil content, development and morphology. The developmental and agronomic characteristics of sunflowers were observed in trials involving 25 hybrids from a factorial cross and 3 commercial varieties, over 2 years, 1986 and 1987. There were significant differences between genotypes for all characteristics except the duration sowing-emergence (table I). From the results, 2 matrices of total linear correlations were calculated between different parameters in order to study relations between developmental stages and earliness at harvest, yield and oil content (tables II and III). The length of developmental phases before and after flowering are independent. The duration emergence-physiological maturity was correlated with the periods before and after flowering, but more closely with the duration flowering-maturity (r = 0.87 **). Earliness at harvest appears correlated with the total duration emergence-physiological maturity (r = 0.74 **), and follows the same pattern, being more especially related to the duration flowering-physiological maturity (r = 0.69 **) than to the duration emergence-flowering (r = 0.54 *). Of the morphological characters observed, most do not provide any useful indication concerning earliness; only leaf number shows a significant correlation with emergence-flowering and emergence-maturity. In contrast, yield is significantly correlated with morphological characters which vary with plant vigour, such as head and basal stem diameter and plant height. For the components directly determining yield, seed number per capitulum appears more important than 1 000 seed weight. In the conditions of the trials, yield appears most related to characters determined before flowering. Oil content is not closely linked with other characters, except lateness to some extent. It is concluded that since earliness at harvest depends on the sum of all the vegetative stages, more particularly those after flowering, no juvenile character provides a satisfactory forecast. Earliness can only be determined by end-of-cycle observations on seed maturation. However, the absence of any significant correlation between yield and earliness suggests that it should be possible to select for high yielding early sunflowers

Evolution des caractéristiques de la graine et du capitule chez le tournesol au cours de la maturation

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Heredity of resistance to Sclerotinia scierotiorum in sunflowers. III. Study of reactions to artificial infections of roots and cotyledons

Reactions of sunflower plants to infections of tap roots with Sclerotinia sclerotiorum sclerotia and of cotyledons with ascospore suspensions were observed. The study was made on the parental inbred lines and F1 hybrids of a factorial cross of 6 male sterile and 6 restorer lines. For root attack, there were significant genotypic differences in the percentages of plants showing symptoms. There were significant parental effects and no interactions. General combining ability appeared greater than specific combining ability. The significant correlation between reactions of inbred lines and their hybrids indicates the possibility of setting up breeding programmes with early selection for root resistance and subsequent obtention of resistant parental lines and breeding of hybrids with resistance to root attack. In contrast, whilst there were significant genetic differences in delay in symptom appearance after infection of cotyledons, specific combining ability far exceeded general combining ability and observations of inbred lines provided no indication of the behaviour of their hybrids. Comparisons with earlier results concerning Sclerotinia infection of capitula and stems indicates that resistance to Sclerotinia in different parts of the sunflower plant is largely under separate control. It does not appear possible to measure resistance of adult plants by tests on seedlings.L'hérédité de la résistance au Sclerotinia sclerotiorum chez le tournesol. III. Étude des réactions à des infections artificielles sur racines et sur cotylédons. L'article décrit le comportement de différents génotypes de tournesol en réponse à des contaminations des racines par des sclérotes de Sclerotinia sclerotiorum et à des infections des cotylédons à partir de suspensions d'ascospores. Cette étude est réalisée sur des lignées parentales et les hybrides F1 d'un plan factoriel de croisement entre 6 lignées mâle-stériles B11A3, 62, SD, GH, GU, F10 et 6 lignées parentales mâles HA61, Rha274, Rha266, V135, PAC1, PRS5. Pour le test racinaire, qui consiste à infecter les plantes en plaçant 0,5 g de petits sclérotes au voisinage du pivot au stade «bourgeon étoilé», on observe entre génotypes des différences significatives concernant le taux de plantes qui montrent des symptômes de flétrissement. Ces taux varient de 47,78% à 93,33% pour les lignées (tableau I) et de 56,67% à 100% pour les hybrides (tableau II). Il existe un effet parental significatif (Ffemelle = 3,66 et Fmâle = 2,97) mais pas d'interaction (Finteraction = 1,40). L'aptitude générale à la combinaison (AGC) paraît plus importante que l'aptitude spécifique à la combinaison (ASC). Le coefficient de corrélation entre les lignées et les moyennes de leurs hybrides (r = 0,79**) montre qu'il est possible de sélectionner précocement pour la résistance aux attaques racinaires et ainsi d'obtenir des lignées parentales résistantes qui donneront des hybrides résistants au niveau des racines. Pour le test sur cotylédons, qui consiste à infecter des plantules avec une suspension de spores, après avoir blessé les cotylédons par le froid, les différences entre génotypes, dans la vitesse de destruction des plantules, sont significatives. Le temps nécessaire à la destruction d'un génotype varie de 5,59 j à 7,38 j pour les lignées (tableau III) et de 6,28 j à 10,50 j pour les hybrides (tableau IV). Contrairement à ce qui se passe pour le test racinaire, l'ASC pour le test sur cotylédon est supérieure à l'AGC (tableau V). Le coefficient de corrélation entre les lignées et les moyennes de leurs hybrides (r = - 0,04 NS) montre qu'il n'est pas possible de prédire la valeur d'un hybride par le comportement de ses lignées parentales. La comparaison de ces résultats avec ceux concernant les attaques sur capitule ou sur tige (tableau V) ne montre aucune corrélation entre les réponses aux différents tests. Les résistances au Sclerotinia des différents organes du tournesol sont contrôlées par des gènes distincts et il n'est pas envisageable de tester la résistance qui s'exprime au stade adulte par des tests précoces réalisés sur plantule

Pericarp structure and hullability in sunflower inbred lines and hybrids

The breeding of sunflower varieties whose seeds (achenes) can be easily hulled would help to optimise industrial hulling before oil extraction, and thus improve the protein content of sunflower seedmeal. Laboratory hulling tests require samples of about 10 g of seed, and so a search was made for characteristics that would permit indirect selection for improved hullability using smaller numbers of seed. Anatomical characteristics of the pericarps of 12 inbred sunflower lines and 18 hybrids were observed using light microscopy. Significant differences between genotypes in the frequency of parenchyma rays separating sclerenchyma zones, and in the proportion of wide and wedgeshaped sclerenchyma zones were observed. However, the phenotypic correlations between these characteristics and hullability measurements with a laboratory huller were too weak to be usable alone in hullability breeding programmes. Observations of hull structure however will probably serve most usefully to explain certain aspects of variation in hullability.La sélection de variétés de tournesol dont les graines se décortiquent bien constitue l’un des facteurs déterminant pour l’optimisation du décorticage industriel effectué avant l’extraction de l’huile afin d’améliorer la teneur en protéines des tourteaux. La réalisation des tests de laboratoire nécessite environ 10 g d’akènes, ce qui constitue une quantité relativement importante ; c’est pourquoi une sélection indirecte basée sur des caractères mesurables sur un petit nombre de graines a été envisagée. Diverses caractéristiques anatomiques des coques des akènes de 12 lignées et 18 hybrides de tournesol ont été observées en microscopie photonique. Des différences significatives entre les génotypes ont été mises en évidence pour la fréquence des travées parenchymateuses et les nombres de massifs larges et de massifs en forme de coin par centimètre. Les liaisons des caractères étudiés avec le taux de décorticage sont trop faibles pour qu’une sélection indirecte puisse être envisagée. Néanmoins, l’observation de la structure des coques devrait contribuer à une meilleure compréhension de la variation de l’aptitude au décorticage

Horizontal resistances in sunflowers: a review of a workshop at the 15th International Sunflower Conference

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