Evolution of genome size across some cultivated Allium species A. Ricroch, R. Yockteng, S.C. Brown, and S. Nadot Abstract: Allium L. (Alliaceae), a genus of major economic importance, exhibits a great diversity in various morpho- logical characters and particularly in life form, with bulbs and rhizomes. Allium species show variation in several cytogenetic characters such as basic chromosome number, ploidy level, and genome size. The purpose of the present investigation was to study the evolution of nuclear DNA amount, GC content, and life form. A phylogenetic approach was used on a sample of 30 Allium species, including major vegetable crops and their wild allies, belonging to the 3 major subgenera Allium, Amerallium, and Rhizirideum and 14 sections. A phylogeny was constructed using internal transcribed spacer (ITS) sequences of 43 accessions representing 30 species, and the nuclear DNA amount and the GC content of 24 Allium species were investigated by flow cytometry. For the first time, the nuclear DNA content of Allium cyaneum and Allium vavilovii was measured, and the GC content of 16 species was measured. We addressed the following questions: (i) Is the variation in nuclear DNA amount and GC content linked to the evolutionary history of these edible Allium species and their wild relatives? (ii) How did life form (rhizome or bulb) evolve in edible Allium? Our results revealed significant interspecific variation in the nuclear DNA amount as well as in the GC content. No correlation was found between the GC content and the nuclear DNA amount. The reconstruction of nuclear DNA amount on the phylogeny showed a tendency towards a decrease in genome size within the genus. The reconstruction of life form history showed that rhizomes evolved in the subgenus Rhizirideum from an ancestral bulbous life form and were subsequently lost at least twice independently in this subgenus. Key words: Allium, nuclear DNA amount, GC content, flow cytometry, internal transcribed spacer (ITS), phylogeny, life form. 520 Résumé : Le genre Allium L. (Alliaceae), d’une importance économique majeure, présente une grande diversité dans divers caractères morphologiques et particulièrement dans la forme de vie avec des bulbes et des rhizomes. Les espèces d’Allium montrent une variation dans plusieurs caractères cytogénétiques tels que le nombre de chromosome de base, le niveau de ploïdie ou la taille du génome. Le but de cette présente investigation était d’étudier l’évolution de la quantité en ADN nucléaire, du contenu en GC et la forme de vie en utilisant une approche phylogénétique sur un échantillon de 43 accessions représentant 30 espèces d’Allium, incluant les espèces cultivées légumières majeures et leurs aïeux sauvages, appartenant aux 3 sous-genres Allium, Amerallium et Rhizirideum et 14 sections. Une phylogénie a été cons- truite à l’aide des séquences ITS de 43 accessions représentant 30 espèces, et la quantité en ADN nucléaire et le contenu en GC de 24 espèces d’Allium ont été examinés par cytométrie en flux. Pour la première fois, le contenu en ADN nucléaire de Allium cyaneum and Allium vavilovii a été mesuré et le contenu en GC de 16 espèces. Les auteurs ont posé les questions suivantes : (i) La variation en quantité en ADN nucléaire et le contenu en GC est-elle liée à l’histoire évolutive de ces Allium comestibles et leurs parents sauvages? (ii) Comment la forme de vie a-t-elle évolué chez les Allium comestibles? Nos résultats révèlent une variation interspécifique significative aussi bien de la quantité en ADN nucléaire que du contenu en GC. Aucune corrélation n’est trouvée entre le contenu en GC et la quantité en ADN nucléaire. La reconstruction de la quantité en ADN nucléaire sur la phylogénie montre une tendance vers la di- minution de la taille du génome à l’intérieur du genre. La reconstruction de l’histoire de la forme de vie montre que les rhizomes ont évolué dans le sous-genre Rhizirideum à partir d’une forme de vie ancestrale bulbeuse et ont été par conséquent perdus au moins 2 fois indépendamment dans ce sous-genre. Mots clés : Allium, quantité en ADN nucléaire, contenu en GC, cytométrie en flux, espace transcrit interne, phylogénie, forme de vie. Genome 48: 511–520 (2005) doi: 10.1139/G05-017 © 2005 NRC Canada 511 Received 13 September 2004. Accepted 8 February 2005. Published on the NRC Research Press Web site at http://genome.nrc.ca on 10 June 2005. Corresponding Editor: P.B. Moens. A. Ricroch, 1,2 R. Yockteng, and S. Nadot. Laboratoire d’Ecologie, Systématique et Evolution, Université Paris-Sud, CNRS UMR 8079, Bâtiment 360, 91405 Orsay, France. S.C. Brown. Laboratoire de Cytométrie, Institut des Sciences du Végétal, CNRS UPR 2355, 91198 Gif-sur-Yvette, France. 1 Corresponding author (e-mail: agnes.ricroch@ese.u-psud.fr). 2 Present address: Chaire de Génétique évolutive et d’amélioration des plantes, Institut National Agronomique Paris-Grignon, 16, rue Claude Bernard, 75231 Paris CEDEX 05, France.