Рід Heliantus представлений поліплоїдним рядом з основним числом хромосом х = 17. Існують диплоїдні (2n = 34), тетраплоїдні (2n = 68) і гексаплоїдні (2n = 102) види. Деякі підвиди соняшнику залучають у селекцію як джерела ЦЧС (subsp. рetiolaris і lenticularis), дикі види використовуються як джерела стійкості до хвороб і шкідників.
У соняшника встановлена істотна внутрішньо- і міжпопуляційна мінливість ознак, що сприяло успіхам при використанні різноманітних прийомів добору.
В зв’язку з інтенсифікацією селекційних робіт з соняшником одержали розвиток генетико-селекційні дослідження чоловічої стерільності і гетерозиса, міжвидової гібридизації, мутагенеза, поліплоїдії, імунітета.
В 20-х роках минулого століття на Саратовській селекційній станції Є.М. Плачек застосувала інбридинг для вивчення популяцій соняшнику. Наступні дослідження дали змогу встановити характер спадкування низки ознак, з яких нижче наведені деякі господарсько цінні з них.
Антоціанове забарвлення стебел і листків домінують над звичайним зеленим, причому інколи спадкування антоціанового забарвлення не моногенне, а більш складне. Нормальне зелене забарвлення домінує над альбінізмом (розщеплення гетерозигот 3 : 1). Всановлені різні типи хлорофільних мутацій, Відмічена плейотропія за антоціановим забарвленням підсім’ядольного коліна, зовнішніх країв листової пластинки і листових черешків.
Домінує нормальна нервація листової пластинки над посиленою; сильна зазубреність (пильчатість) листової пластинки над звичайною слабкою; прямостояче розміщення кошика над пониклим; оранжева пігментація пиляків і жовте забарвлення пилку над її відсутністю (безбарвне); язичкова форма краєвих квіток над трубчастою; протерандричний тип цвітіння над протерогінічним; біле забарвлення зернівок у гризових форм над вугільним, що обумовлено темним пігментом у гіподермі; наявність водорозчинного пурпурового пігмента (антоціана) в гіподермі лушпини над його відсутністю; смугастість плодової оболонки, що пов’язана з наявністю пігмента в епідермі, над її відсутністю; звичайна форма основи насінини (без рубчика) над основою з рубчиком; наявність підківки (інший тип рубчика) над її відсутністю; панцирність над безпанцирністю.
За товщиною плодової оболонки (лушпини) відмічено проміжнє спадкування з деяким ухилом в напрямку груболушпинного батьківського компонента. Роботами А.В. Анащенко показана можливість одержання тонколушпинних форм шляхом проведення інбридинга протягом декількох поколінь.
Описані явища домінантної і рецесивної гілчастостебельності, яка використовується в селекції на гетерозис при створенні кормових сортів.
Висота стебла визначається багатьома генами. В F1 від схрещування карликових рослин з наближеними міжвузолами з високорослими домінує високостеблість, а в F2 утворюється майже безперервний ряд рослин за висотою.
Тривалість вегетаційного періода спадкується проміжно при схрещуванні скоростиглих і пізньостиглих форм.
Урожайність і олійність – полімерні кількісні ознаки. Успіх при проведенні безперервних доборів на високу олійність з складних популяцій свідчить про адаптивну дію генів. При схрещуванні високоолійних форм з низькоолійними в F1 проявляється висока олійність, тобто гетерозисне спадкування.
Важливе значення мають роботи по вивченню характеру спадкування стійкості до хвороб. Встановлене домінування стійкості до іржі (R1 і R2), несправжньої борошнистої роси (Pl1 і Pl2), плямистості листків, вовчка.
Ядерна чоловіча стерільність рецесивна відносно гермафродитного типу квітки і переважно спадкується моногенно (msms), в тойже час відомі випадки дігенного контролю і епістатичної взаємодії генів. П. Леклерк у Франції встановив зчеплення гена ms, який обумовлює чоловічу стерільність форм, одержаних від сорту Армавірський 9345, з геном антоціанового забарвлення t.Ступінь рекомбінації становила 1%. У дослідженнях А.І. Гундаєва виявлено незалежне спадкування двох генів чоловічої стерільності і чинника антоціанового забарвлення іншого походження (від сорту Фуксинка 62).
Значний розвиток селекція на використання гетерозису соняшнику отримала завдяки створенню форм, з ЦЧС. З декількох відомих форм ЦЧС в селекції соняшника більш широко використовується джерело ЦЧС, одержане П. Леклерком у 1968 р. в результаті гібридизації H. аnnuus subsp. рetiolaris х subsp. аnnuus., і форма КІ-70, що створена в ВІР А.В. Анащенко також в результаті філогенетично віддаленої гібридизації H. аnnuus subsp. lenticularis x subsp. annuus.
Ці джерела різняться за філогенетичним проявом. У форми з Франції пиляки є, але вони світлі і пилку в них немає; в КІ-70 пиляки відсутні. Для практичних цілей рекомендується використовувати стерільний аналог лінії ЖС-17 з маркерною ознакою „жовте забарвлення розетки і верхніх листків” (ВР 126 ЦЧС) і сорта Армавірець (ВІР 127 ЦЧС). Одержання будь-яких стерільних аналогів ліній на основі ЦЧС проводиться за методикою насичуючих схрещувань, де за рекурентну батьківську форму використовують лінію, по якій створюється аналог.