Düsseldorf, Germany
November 28, 2024
An international research team, the “Healthy Crops” consortium, has developed rice varieties resistant to a detrimental crop disease in East Africa and Madagascar. The new varieties are resistant to bacterial leaf blight (for short: BB), caused by the bacterium Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo). The intention is to transfer these varieties to local breeders in Madagascar and Tanzania, where they will first be subjected to field tests and subsequently distributed to farmers.
Rice field in Betafo, Madagascar, with FOFIFA staff. The leaves of the rice plants show the typical lesions caused by bacterial blight infection. (Photo: IRD/Mathilde Hutin) - © IRD / Mathilde Hutin
Rice is an essential staple food for more than four billion people worldwide and of central importance for food security and economic stability in low- and medium-income countries. In Tanzania and Madagascar, the recent BB outbreaks pose a serious threat to the livelihood of smallholder farmers, impacting both food supplies and the local economy. The disease causes significant yield losses, leading to food shortages and income losses in agricultural communities.
The BB outbreak in East Africa has now also spread to neighbouring regions. Dr Ibrahim Hashim from the Tanzanian Agricultural Research Institute (TARI) explains: “The outbreak, which was first noticed in 2019, is now causing yield losses of 20 – 25% in Tanzania and is having a massive impact on the economic stability of smallholder farmers and consequently on regional nutrition.” Comparable losses are estimated in Madagascar, as Dr Mathilde Hutin from the French National Research Institute for Sustainable Development (IRD) reports.
Dr Hutin and Dr Boris Szurek (also from IRD) are working in close collaboration with Dr Hashim from TARI and Dr Harinjaka Ravelonson from the National Center for Applied Research in Rural Development (FOFIFA) to evaluate the spread of the disease in the two countries. Together they were able to identify the responsible bacterial strains and the infection mechanism. The research revealed that the outbreaks were caused by the unintended introduction of highly virulent Xoo strains from Asia. These Asian strains use a different infection mechanism to the endemic African relatives, to which the African rice varieties are highly susceptible.
In response, the “Healthy Crops” team, led by Alexander von Humboldt Professor Dr Wolf B. Frommer from Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU), has developed three new rice varieties that are expected to protect East African rice harvests against the aggressive Xoo strains. The so-called marker-assisted backcross breeding (MABB) technique was used, which adds the resistance while retaining the general properties of the original variety. This advanced breeding method uses genetic markers to establish desirable traits in plants on a targeted basis more quickly and precisely.
Using this special breeding technique, Alexander von Humboldt Fellow Dr Yugander Arra from HHU transferred disease-resistant traits from an Asian rice variety into two widely used African elite rice varieties: NERICA4 and Komboka. The accelerated breeding process has reduced the typical development period from decades to just a few years and offers new hope in the fight against disease in these critically important crop plants in East Africa.
The newly developed BB-resistant rice varieties will now be transferred to plant breeders and researchers working locally in Madagascar and Tanzania for field testing. Sergio Antonio Castro Pacheco, scientist at CIRAD – the French Agricultural Research Centre for International Development, hosted by FOFIFA – is coordinating this work in Madagascar, while Dr Hashim is monitoring the tests in Tanzania. Following additional crossing and through validation under local conditions, these varieties could be released in the national registration processes and could be made available to farmers if they prove beneficial.
Dr Eliza Loo, project leader at the Institute for Molecular Physiology at HHU, states: “We want to improve the income and livelihoods of smallholder farmers by using knowledge-based approaches to defeating plant diseases. Transferring the rice varieties generated at HHU brings us a big step closer to the goal of our project.”
Professor Frommer adds: “Healthy Crops is prepared to share the lines with other interested institutions in further East African countries affected by BB, including Malawi, Uganda, Rwanda, Democratic Republic of Congo, Zambia and Mozambique.”
The Healthy Crops project is supported by the Bill & Melinda Gates Foundation (grant ID: INV-008733) and the Alexander von Humboldt Foundation, with further funding from the EU DESIRA project DINAAMICC led by CIRAD and involving FOFIFA and IRD.
More information: www.healthycrops.org
Neue Ansätze im Kampf gegen bakterielle Reiskrankheit - Healthy Crops-Team stärkt regionale Lösungen in Ostafrika
Ein internationales Forschungsteam, das „Healthy Crops“-Konsortium, hat Reissorten entwickelt, die gegen eine schädliche Erkrankung der Nutzpflanzen in Ostafrika und Madagaskar resistent sind. Die neuen Sorten sind widerstandsfähig gegen die Weißblättrigkeit (englisch „Bacterial Leaf Blight“ oder kurz BB), die vom Bakterium Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) verursacht wird. Sie sollen nun an lokale Züchter in Madagaskar und Tansania weitergegeben werden, die die Sorten zunächst in Feldversuchen testen und dann an die Landwirte verteilen.
Reis ist ein Grundnahrungsmittel für mehr als vier Milliarden Menschen weltweit und besonders wichtig für die Ernährungssicherheit und wirtschaftliche Stabilität in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen. In Tansania und Madagaskar stellen jüngste BB-Ausbrüche eine ernste Bedrohung für die Lebensgrundlagen von Kleinbauern dar, die sowohl die Nahrungsmittelversorgung als auch die lokale Wirtschaft bedrohen. Die Krankheit verursacht erhebliche Ertragsverluste, die zu Nahrungsmittelknappheit und Einkommensverlusten in landwirtschaftlichen Gemeinschaften führen.
Der BB-Ausbruch in Ostafrika hat sich seitdem auf benachbarte Regionen ausgeweitet. Dr. Ibrahim Hashim vom tansanischen Agrarforschungsinstitut (TARI) erklärt: „Der Ausbruch, der erstmals 2019 festgestellt wurde, ist derzeit in Tansania für Ertragseinbußen von 20 bis 25 Prozent verantwortlich. Dies hat zu erheblichen wirtschaftlichen Herausforderungen für Kleinbauern geführt, was sich wiederum auf die regionale Ernährungslage insgesamt auswirkt.“ In Madagaskar sind ähnliche Verluste zu verzeichnen, wie Dr. Mathilde Hutin vom Nationalen Französischen Forschungsinstitut für Nachhaltige Entwicklung (IRD) berichtet.
Dr. Hutin und Dr. Boris Szurek, ebenfalls vom IRD, arbeiten eng mit Dr. Hashim von TARI und Dr. Harinjaka Ravelonson vom Nationalen Zentrum für Angewandte Forschung in der ländlichen Entwicklung (FOFIFA) zusammen, um die Ausbreitung der Krankheit in beiden Ländern zu untersuchen. Gemeinsam identifizierten sie die verantwortlichen Bakterienstämme und den Infektionsmechanismus. Die Forschung ergab, dass die Ausbrüche durch die unbeabsichtigte Einführung hochvirulenter Xoo-Stämme aus Asien verursacht wurden. Diese asiatischen Stämme nutzen einen anderen Infektionsweg als die lokalen afrikanischen Stämme, was die afrikanischen Reissorten besonders anfällig macht.
Als Reaktion darauf hat das Healthy Crops-Team unter der Leitung von Alexander von Humboldt-Professor Dr. Wolf B. Frommer von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) drei neue Reissorten entwickelt, die die Reisernten in Ostafrika gegen die aggressiven Xoo-Stämme schützen sollen. Dabei kam die sogenannte marker-assistierte Rückkreuzung (MABB) zum Einsatz, die die allgemeinen Eigenschaften der ursprünglichen Sorte erhält und um die Resistenz erweitert. Diese moderne Züchtungsmethode nutzt genetische Marker, um gezielt gewünschte Eigenschaften in Pflanzen schneller und präziser zu etablieren.
Mithilfe dieser gezielten Züchtungsmethode übertrug Dr. Yugander Arra, Alexander von Humboldt-Stipendiat an der HHU, krankheitsresistente Merkmale einer asiatischen Reissorte auf zwei beliebte afrikanische Elitereissorten: NERICA4 und Komboka. Der beschleunigte Züchtungsansatz verkürzt die übliche Entwicklungszeit von Jahrzehnten auf nur wenige Jahre und bietet neue Hoffnung für die Krankheitsbekämpfung bei diesen so wichtigen Nutzpflanzen in Ostafrika.
Die neu entwickelten BB-resistenten Reissorten werden nun für Feldversuche an lokale Züchter und Forschende in Madagaskar und Tansania weitergegeben. In Madagaskar koordiniert Sergio Antonio Castro Pacheco diese Arbeit als Wissenschaftler bei CIRAD, dem französischen Forschungszentrum für internationale Agrarentwicklung, welches wiederum beim FOFIFA angesiedelt ist. In Tansania überwacht Dr. Hashim die Tests. Nach weiteren Kreuzungen und durch Validierung unter lokalen Bedingungen könnten diese Sorten das nationale Zulassungsverfahren durchlaufen und – sofern sie sich als nützlich erweisen – den Landwirten zugänglich gemacht werden.
Dr. Eliza Loo, Projektleiterin am Institut für Molekulare Physiologie der HHU, erklärt: „Wir wollen das Einkommen und die Lebensgrundlage von Kleinbauern verbessern, indem wir wissensbasierte Ansätze zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten einsetzen. Durch die Weitergabe der an der HHU erzeugten Reissorten kommen wir dem Ziel unseres Projekts einen großen Schritt näher.“
Prof. Frommer fügt hinzu: „Healthy Crops stellt Reissorten auch interessierten Institutionen in anderen ostafrikanischen Ländern, die von BB betroffen sind, zur Verfügung. Hierzu gehören Malawi, Uganda, Ruanda, die Demokratische Republik Kongo, Sambia und Mosambik.“
Das Healthy Crops-Projekt wird von der Bill & Melinda Gates Foundation (Grant ID INV-008733) und der Alexander von Humboldt-Stiftung unterstützt, mit zusätzlicher Förderung durch das von CIRAD geführte EU-DESIRA-Projekt DINAAMICC, an dem FOFIFA und IRD ebenfalls beteiligt sind.
Weitere Informationen:
http://www.healthycrops.org
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