Mitigating climate change impact on rice disease resistance in East Africa

Two training workshops were held at AfricaRice, Dar es Salaam, Tanzania – the first one, 15–18 August, covered rice pathology and simulation modeling techniques and the second workshop, 19–27 August, focused on rice disease isolation and purification techniques.

These courses were conducted as part of the project ‘Mitigating the impact of climate change on rice disease resistance in East Africa’, which is being carried out by AfricaRice in partnership with the University of Göttingen, IRRI and national partners in Rwanda, Tanzania and Uganda, with support from German development cooperation.

The project addresses the urgent demand for climate- proof disease-resistant rice varieties and helps adapt crop management practices to climate change. 

Mitigating climate change impact on rice disease resistance in East Africa

Two training workshops were held at AfricaRice, Dar es Salaam, Tanzania – the first one, 15–18 August, covered rice pathology and simulation modeling techniques and the second, 19–27 August, focused on rice disease isolation and purification techniques.

These courses were conducted as part of the project ‘Mitigating the impact of climate change on rice disease resistance in East Africa’, which is being carried out by AfricaRice in partnership with the University of Göttingen, IRRI and national partners in Rwanda, Tanzania and Uganda, with support from German development cooperation. The project addresses the urgent demand for climate-proof disease-resistant rice varieties and helps adapt crop management practices to climate change.

Gender Task Force launched

In the wake of the Africa-wide Rice Breeding Task Force established in 2010, the Africa Rice Gender Task Force was launched in Cotonou on 16–18 August. The Task Force will ensure an effective gender mainstreaming in rice research- for-development and capacity-building activities in order to deliver gender-friendly technologies that can improve the quality and competitiveness of locally produced rice. More opportunities will be targeted to promising young women scientists to pursue their careers in rice science (visiting scientists, visiting fellows, MSc and PhD scholarships).

Gender Task Force launched

In the wake of the Africa-wide Rice Breeding Task Force established in 2010, the Africa Rice Gender Task Force was launched in Cotonou on 16–18 August. The Task Force will ensure an effective gender mainstreaming in rice research-for-development and capacity-building activities in order to deliver gender-friendly technologies that can improve the quality and competitiveness of locally produced rice. More opportunities will be targeted to promising young women scientists to pursue their careers in rice science (visiting scientists, visiting fellows, MSc and PhD scholarships).

Rice that thrives on iron-rich soils

Iron is a ‘trace element’ that must be available to rice plants is very small quantities for normal growth and development. However, at high concentrations, iron is toxic to rice plants (i.e. it poisons them). Affected plants develop small brown spots that spread and merge, and finally result in reddish-colored leaves. Moreover, iron toxicity alters the plant’s root structure and development, and leads to spikelet sterility (i.e. reduced yield). Iron toxicity is a major problem in lowland rice, including irrigated systems. Rice yield losses attributable to iron toxicity range from 10 to 100%, with an estimated average of 50%. Several management and cultural practices can be used to reduce the occurrence of iron toxicity in rice fields, but most of these are not affordable to African resource-poor farmers. Consequently, AfricaRice focuses on improving varieties’ tolerance to iron toxicity.

For many years, AfricaRice has evaluated rice varieties, selected promising lines and developed appropriate agronomic practices that can help farmers cope with iron toxicity. In recent years, AfricaRice molecular biologist Khady Nani Dramé and her colleagues have added new dimensions to the iron-toxicity research. They used GIS and remote-sensing tools to map the potentially toxic areas. These tools will help reveal the extent and severity of the constraint and also guide breeders in their evaluation and dissemination strategies.

A key issue is how different varieties grow and develop in different environments (in this case, under different levels of iron toxicity). What a plant (or any organism for that matter) looks like is known as its ‘phenotype’, and evaluating how varieties grow in different environments is known as ‘phenotyping’. To make such screening for iron-toxicity tolerance efficient, it would be invaluable to have a standardized, controlled and reliable method. AfricaRice continues to review screening methods, including fields in hot spots, pots on station and a hydroponic (soil-free) environment. Field screening is difficult, requiring many repetitions, because iron concentration levels, and consequently toxicity, vary widely within and among fields even in hot-spot areas. However, the farmer’s field is the environment where rice is grown for food, so any new variety considered tolerant has been verified in field trials.

The experimental pot screening that AfricaRice conducted turned out to be useless, as the performance of varieties in pots on station was completely different from that of the same varieties tested in the field in a hot spot. Meanwhile, testing in a hydroponic environment can only be carried out during the vegetative stage (i.e. before the flower-heads start to grow). As yet, there is no proof that tolerance during vegetative stage is directly correlated with tolerance during reproductive stage (from the time flower-heads start to grow to harvest), as reflected in final yield. This aspect is still under investigation.

The battle against iron toxicity is also being fought with molecular breeding. AfricaRice is identifying and validating molecular markers (QTLs) associated with iron-toxicity tolerance. A few QTLs have been validated that will be used in marker-assisted selection to improve popular varieties nominated by national programs.

With tolerant material already available, participatory varietal selection (PVS) trials were started at three sites in four countries (Burkina Faso, Ghana, Guinea and Nigeria) in 2009. The first year saw farmers visiting rice gardens planted with 80 varieties (including a local check), from which they selected the one they preferred. Ten varieties were retained per country for further testing. Farmers are growing these varieties alongside their local varieties and making further selections with a view to keeping the best three. These three best iron-toxicity-tolerant varieties will be nominated for national release. “Even in the first year, we were seeing new varieties performing well in farmers’ fields in comparison with their local variety”, Dramé enthuses.

Du riz performant sur les sols ferreux

Le fer est un oligoélément qui doit être disponible pour les plants de riz en très petite quantité pour une croissance et un développement normal. Toutefois, à de fortes concentrations, le fer devient toxique pour les plants de riz (i.e. il les empoisonne). Les plantes touchées développent des petites taches brunes qui s’élargissent et fusionnent et donne finalement des feuilles rougeâtres. De plus, la toxicité ferreuse altère la structure racinaire des plantes, de même que son développement et conduit à la stérilité des panicules (i.e. rendements réduits). La toxicité ferreuse est un problème majeur chez le riz de bas-fond y compris dans les systèmes irrigués. Les pertes en rendement du riz attribuées à la toxicité ferreuse varient de 10 à 100% avec une moyenne estimée à 50%. Plusieurs pratiques culturales et de gestion peuvent être utilisées pour réduire l’occurrence de la toxicité ferreuse dans les champs de riz, mais la plupart ne sont pas à la portée des paysans africains. Par conséquent, AfricaRice se focalise sur l’amélioration de la tolérance des variétés à la toxicité ferreuse.

Pendant plusieurs années, AfricaRice a évalué des variétés de riz, sélectionné des lignées prometteuses et mis au point des pratiques agronomiques appropriées qui peuvent aider les paysans à contrer la toxicité ferreuse. Ces dernières années, la biologiste moléculaire d’AfricaRice Khady Nani Dramé et ses collègues ont apporté de nouvelles dimensions à la recherche sur la toxicité ferreuse. Ils ont utilisé la SIG et les outils de télédétection pour cartographier les zones potentiellement toxiques. Ces outils contribueront à révéler l’étendue et la gravité de la contrainte et orienteront également les sélectionneurs dans leurs stratégies de dissémination et d’évaluation.

Une question clé reste relative à la façon dont les différentes variétés de riz poussent et se développent dans différents environnements (dans ce cas-ci sous différents niveaux de toxicité ferreuse). Ce à quoi ressemble la plante (ou tout organisme) est appelé « phénotype », et l’évaluation de la croissance des différentes variétés dans les différents environnements est appelé « phénotypage ». En vue de l’efficience du criblage pour la tolérance à la toxicité ferreuse, il serait inestimable d’avoir une méthode standardisée, contrôlée et fiable. AfricaRice continue de revoir les méthodes criblage dans des zones sensibles, notamment des champs dans des zones sensibles, des pots en station et dans un environnement hydroponique (sans sol). Le criblage au champ est difficile, nécessitant plusieurs répétitions, du fait des niveaux de concentration en fer, et par conséquent la toxicité, varie largement au sein et entre les champs et même dans les zones sensibles. Toutefois, le champ du paysan reste l’environnement où le riz est cultivé pour l’alimentation, ainsi toute nouvelle variété considérée tolérante a été vérifiée lors d’essais au champ.

Le criblage expérimental en pot qu’AfricaRice a conduit s’est avéré inutile, car les performances des variétés en pot en station étaient complètement différentes de celles de ces mêmes variétés testées au champ en zone sensible. Parallèlement, le test dans un environnement hydroponique peut être uniquement conduit pendant la phase végétative (i.e. avant la floraison). Il n’est pas encore prouvé que la tolérance pendant la phase végétative est directement corrélée à la tolérance durant la phase reproductive (de la floraison à la récolte), comme reflété dans les champs des paysans. Cet aspect fait toujours l’objet de recherches.

La lutte contre la toxicité ferreuse devrait être menée avec la sélection moléculaire. AfricaRice est en train d’identifier et de valider les marqueurs moléculaires (QTL) associés à la tolérance à la toxicité ferreuse. Quelques QTL validés seront utilisés dans la sélection assistée par marqueurs pour améliorer les variétés populaires nommées par les programmes nationaux.

Avec du matériel tolérant déjà disponible, les essais de sélection variétale participative (PVS) ont été initiés sur trois sites dans quatre pays (Burkina Faso, Ghana, Guinée et Nigeria) en 2009. La première année, 80 variétés (y compris un témoin local) ont été cultivées dans les jardins de riz, à partir desquels les paysans choisissaient leurs variétés préférées. Dix variétés ont été retenues par pays pour davantage de test. Les paysans cultivent ces variétés ainsi que leur variété locale et poursuivent la sélection en vue de conserver les trois meilleures. Ces trois meilleures variétés tolérantes à la toxicité ferreuse seront nommées en vue de leur homologation nationale. « Même la première année, nous observons de nouvelles variétés performantes dans les champs des paysans comparé à leur variété locale », s’enthousiasme Dramé.

Burkina Faso ambassador visits Sahel Station

The Ambassador of Burkina Faso to Senegal, HE Hippolyte Ouédrago, visited the Sahel Station on 8 August, where he had a long discussion with station scientists. He was particularly impressed by the quality of the station’s infrastructures in Saint-Louis. He also visited the construction of the new training center, which will be a major asset to the Center in strengthening national expertise throughout the rice value chain.