Marker Assisted Selection (MAS)

Some of farmers’ favorite rice varieties have a flaw or two. African rice farmers often want to keep a variety they have grown for years, but it may be susceptible to a certain disease, or easily damaged by drought or salinity, which cause large losses of rice in Africa.

Geneticists at AfricaRice are using a technique called “marker assisted selection” (MAS) to improve the resistance of rice varieties to environmental stresses, using conventional plant breeding combined with molecular markers.

Dr. Marie-Noëlle Ndjiondjop prepares a DNA sample. MAS is not genetic modification. But by mapping useful genes in the lab, geneticists can save conventional plant breeders years of work
MAS is not genetic engineering. Molecular markers are naturally occurring and there are several types, but for rice the preferred ones are simple sequence repeats (SSRs) which are simply that, short sections of DNA that repeat themselves over and over. SSRs are abundant in rice so geneticists can use them as landmarks to pinpoint the sections of DNA that affect the desired traits.  SSR markers may occur in a gene, or near it. The geneticists plot the interesting genes onto a core map of the rice genome. Often a desired trait is coded by several genes, each one contributing a small part of the trait. MAS helps to find these genes and guide them into a popular variety.

How MAS works. Geneticists cross a popular rice variety with another one with a desired trait (but perhaps few other traits of interest). Then researchers test the offspring of the two varieties in the field to confirm that they have the trait of interest. As they begin backcrossing the offspring with the favorite variety, the trick is to keep as much genetic material as possible from the favorite variety, including only the desired genes from the other variety.

Finding markers that are genetically linked to a trait can help identify superior plants faster. DNA can be extracted from very young rice plants and the marker assay carried out long before the plant expresses the actual traits. MAS helps to develop promising new varieties in fewer generations, saving years of plant breeding.

Tougher rice. AfricaRice geneticist Dr. Marie-Noëlle Ndjiondjop is now using MAS to breed a new generation of improved inter-specific varieties which will be more like their African parents in ways that will help them adapt to local constraints. She has also used MAS to introduce a gene for resistance to rice yellow mottle virus (RYMV) into four popular varieties from Burkina Faso, The Gambia, Guinea and Mali. The new lines were tested in farmers’ fields and selected lines are now ready to be field evaluated with farmers using participatory varietal selection (PVS) in national programs in African countries.

Stress tolerant rice. As part of the STRASA project (Stress Tolerant Rice for Africa and South Asia) working in 14 African countries and three in South Asia, funded by the Bill & Melinda Gates Foundation through the International Rice Research Institute (IRRI), AfricaRice now has some interesting lines of rice which are resistant to cold, drought, salinity and iron toxicity. AfricaRice post-doc Dr. Kofi Bimpong will soon do the lab work on cold and salinity tolerant lines at IRRI, in the Philippines.

Dr. Khady Nani Drame is working with STRASA to develop solutions to iron toxicity, a major problem in the lowlands. Dr. Drame hopes to breed varieties which have acceptable yield, and which also tolerate iron toxicity, but there has been little previous work on the genetics of iron tolerance. She is now using MAS to introduce the genes that confer tolerance to iron toxicity in rice to popular varieties of Guinea, Ghana, Burkina Faso, and Nigeria.

STRASA coordinator for Africa, Dr. Baboucarr Manneh, explains that within another year or so, some of these lines will be ready to test with national programs in Africa using participatory varietal selection (PVS) with farmers.

Sélection assistée par marqueurs (SAM)

Certaines des variétés préférées par les paysans ont un ou plusieurs défauts. Les riziculteurs africains veulent souvent garder une variété qu’ils ont cultivée pendant des années, mais elle peut être sensible à une maladie ou facilement affectée par la sécheresse ou la salinité, qui causent des pertes considérables en riziculture en Afrique.

Les sélectionneurs d’AfricaRice utilisent une technique appelée « Sélection assistée par marqueurs » (SAM) pour améliorer la résistance des variétés de riz aux stress environnementaux, en utilisant la sélection conventionnelle des plantes combinée aux marqueurs moléculaires.


Dr Marie-Noëlle Ndjiondjop, chercheur à AfricaRice, travaille sur la SAM pour développer des variétés améliorées de riz

La SAM est différente du génie génétique. Les marqueurs moléculaires existent naturellement et sont de plusieurs types. Mais chez le riz, ceux qui sont recherchés sont les microsatellites (SSR). Ce sont de courtes séquences d’ADN qui se répètent sans cesse. Les SSR abondent chez le riz, de sorte que les généticiens peuvent les utiliser comme repères pour localiser avec précision les séquences d’ADN qui affectent les caractères désirés. Les marqueurs SSR peuvent être localisés dans ou à proximité d’un gène. Les généticiens marquent les gènes intéressants sur une carte principale du génome du riz. Souvent, un caractère désiré est codé par plusieurs gènes, chacun d’entre eux apportant une petite contribution à ce caractère. SAM aide à trouver ces gènes et à les introduire dans une variété populaire.

Comment la SAM fonctionne. Les généticiens croisent une variété populaire de riz avec une autre dotée d’un caractère recherché (mais peut-être de quelques autres caractères d’intérêt). Ensuite, les chercheurs testent la descendance des deux variétés au champ pour confirmer qu’elle possède le caractère recherché. Lorsqu’ils commencent à procéder au rétrocroisement de la descendance avec la variété favorite, l’astuce consiste à garder la plus grande quantité possible de matériel génétique issue de la variété favorite, et uniquement les gènes d’intérêts de l’autre variété.

Trouver des marqueurs qui sont génétiquement liés à un caractère peut aider à identifier rapidement des plantes supérieures. L’ADN peut être extrait des plantes de riz très jeunes et le diagnostic de marqueurs peut être fait longtemps avant que la plante n’exprime les caractères réels. La SAM contribue à développer de nouvelles variétés prometteuses en quelques générations, évitant des années de sélection des plantes.

Un riz plus vigoureux. La généticienne d’AfricaRice,Dr Marie-Noëlle Ndjiondjop, utilise à présent la SAM pour sélectionner une nouvelle génération de variétés inter-spécifiques améliorées qui ressembleront plus à leurs parents africains afin qu’elles puissent s’adapter aux contraintes locales. Elle a aussi utilisé la SAM pour introduire un gène de résistance au virus de la panachure jaune du riz (RYMV) dans quatre variétés populaires du Burkina Faso, de la Gambie, de la Guinée et du Mali. Les nouvelles lignées ont été testées dans les champs des paysans et les lignées sélectionnées sont maintenant prêtes à être testées au champ avec les paysans en utilisant la sélection variétale participative (PVS) dans les programmes nationaux des pays africains.

Riz tolérant au stress. Dans le cadre du projet STRASA (Riz tolérant au stress pour l’Afrique et l’Asie du Sud) qui couvre 14 pays africains et trois en Asie du Sud, finance par la Fondation Bill & Melinda Gates à travers l’Institut international de recherche sur le riz (IRRI), AfricaRice dispose maintenant de lignées intéressantes résistantes au froid, à la sécheresse, à la salinité et à la toxicité ferreuse.

Dr Khady Nani Dramé travaille avec STRASA en vue de mettre au point des solutions à la toxicité ferreuse, une contrainte majeure dans les bas-fonds. Dr Dramé espère sélectionner des variétés dotées d’un rendement acceptable et qui sont aussi tolérantes à la toxicité ferreuse. Elle utilise actuellement la SAM pour introduire les gènes qui confèrent la tolérance à la toxicité ferreuse chez le riz dans les variétés populaires en Guinée, au Ghana, au Burkina Faso et au Nigeria.

Le coordinateur de STRASA pour l’Afrique, Dr Baboucarr Manneh, explique que d’ici une autre année, certaines des ces lignées seront prêtes à être testées avec les programmes nationaux en Afrique, en utilisant la Sélection variétale participative (PVS) avec les paysans.

AfroWeeds project launched

The AfroWeeds project was launched at a workshop from 1 to 5 February, at the Africa Rice Center (AfricaRice) in Cotonou, Benin. The project aims to create the first ICT-based network for weed scientists from Europe, and West, Central and East Africa, and to facilitate the development of a knowledge base to identify and control the major weeds in rice.

For the first time, all the project partners – AfricaRice, Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement (CIRAD) and national research institutions from West, Central and East Africa – met to confirm their participation in the implementation of a collective platform and draw up a list of the major weeds in the regions targeted by the project.

A working guide has been prepared to describe the characteristics of each weed species. The guide includes:

•         Descriptive information (e.g. botanical name, local names, synonyms, description, ecology, biology, control measures);
•         List of the identification traits (e.g. shape of the leaves); and
•         Selection of illustrations (botanical drawings and photos).

During the workshop, participants were trained on how to use databases, manage herbariums, and acquire photos and illustrations relating to rice weeds. A network of European and African weed scientists (from Benin, Burkina Faso, Chad, France, Ghana, Kenya, Mali, Nigeria, Senegal, Tanzania and Uganda) was established.