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Improvement of broad-spectrum disease resistance in rice: how a comprehensive study of natural rice diversity can help to reduce crop losses in developing countries

English title Improvement of broad-spectrum disease resistance in rice: how a comprehensive study of natural rice diversity can help to reduce crop losses in developing countries
Applicant Keller Beat
Number 160877
Funding scheme r4d (Swiss Programme for Research on Global Issues for Development)
Research institution Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie Universität Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Genetics
Start/End 01.08.2016 - 31.03.2020
Approved amount 478'090.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Genetics
Botany

Keywords (6)

genebank; genome-wide association study; natural diversity; food security; broad-spectrum disease resistance; rice

Lay Summary (German)

Lead
Pflanzenkrankheiten sind ein Hauptgrund für Ernteausfälle im Reisanbau, insbesondere in Entwicklungsländern, wo der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln oft zu teuer ist. In diesem Projekt untersuchen wir die genetische Diversität von natürlichen Resistenzmechanismen in verschiedenen Reislandsorten. Dazu werden 500 Reislinien auf ihre Resistenz gegen die zwei Hauptkrankheiten von Reis untersucht, den pilzlichen Erreger Magnaporthe oryzae und das Bakterium Xanthomonas oryzae. Ziel ist es, neue und dauerhafte Resistenzgene zu identifizieren und in der Reiszüchtung zu nutzen. Dies wird durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Grundlagenforschung und Züchtung ermöglicht.
Lay summary

Inhalt und Ziele des Forschungsprojektes

Reis ist eines der wichtigsten Getreide der Welt und stellt die tägliche Ernährung von mehr als 50% der Weltbevölkerung sicher. Krankheitsbefälle führen jedoch oft zu Ernteausfällen. Den nachhaltigsten Schutz vor Krankheiten bieten natürliche Resistenzmechanismen. Im Verlauf der Evolution haben Reispflanzen eine Fülle von solchen Abwehrmechanismen gegen Krankheiten entwickelt. Während der Domestikation von Reis und in der modernen Züchtung wurden aber nur wenige Pflanzen ausgewählt. Als Konsequenz finden wir heute in den modernen Reissorten nur einen Bruchteil der genetischen Diversität, die in alten Landsorten und wilden Vorfahren von Reis existiert. Modernste molekularbiologische Methoden erlauben es uns heute, diese genetische Vielfalt anzuzapfen und gezielt nach neuen Resistenzquellen zu suchen. Dabei spielen Genbanken eine wichtige Rolle, deren Aufgabe darin besteht, Landsorten und wilde Getreidevorfahren zu sammeln und zu erhalten.

In diesem Projekt arbeiten wir eng mit der grössten Reis-Genbank der Welt in den Philippinen zusammen. Wir werden gezielt nach neuen und dauerhaft wirksamen Resistenzgenen in 500 ausgewählten Reislandsorten suchen. Solche Resistenzgene werden dann mittels markergestützter Selektion in moderne Sorten eingekreuzt.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojektes

10% - 15% der weltweiten Getreideproduktion geht jährlich durch Krankheiten verloren. Die Züchtung von angepassten und krankheitsresistenten Sorten leistet daher einen wichtigen Beitrag zur globalen Ernährungssicherheit. Unsere Forschung liefert daher nicht nur neue wissenschaftliche Erkenntnisse, sondern trägt dank der engen Zusammenarbeit mit der Züchtung auch zur Verbesserung von Reissorten bei.

Direct link to Lay Summary Last update: 17.02.2016

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. Anne Roulin Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
International Rice Research Institute Philippines (Asia)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Prof. Wolf B. Frommer/Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
17th International Symposium on Rice Functional Genomics (ISRFG) Poster Utilizing natural rice diversity to uncover disease resistance genes 04.11.2019 Taipei, Taiwan Greenwood Julian;


Communication with the public

Communication Title Media Place Year

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
192526 Field studies of transgenic cereal crops containing heterologous, modified or combined resistance genes against fungal pathogens 01.04.2020 Project funding (Div. I-III)
182833 Molecular analysis of disease resistance specificity in cereals 01.01.2019 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Most people in rural areas of developing countries rely on agriculture as their main source of income. Crop losses caused by plant diseases are therefore a major cause of food insecurity, lack of income and poverty. Supplying smallholder farmers with high-yielding and stress-tolerant crop varieties can significantly improve their livelihood and reduce poverty. Rice is a daily staple food for more than half of the world’s population. The plant pests rice blast and bacterial leaf blight are the two most devastating diseases of rice, frequently resulting in crop failure worldwide. The most sustainable strategy to prevent yield losses caused by these diseases is to grow resistant rice cultivars. However, a lot of the diversity that exists among old rice landraces and wild rice has not been used in breeding until today. The aim of this work is to screen the largest rice germplasm collection - the International Rice Genebank Collection - for novel broad-spectrum disease resistance genes against rice blast and bacterial leaf blight. We will make use of recent advancements in the genetic characterization of this collection which allows us now to identify novel genes of agricultural importance using a genome-wide association study. Newly discovered genes will be used in the breeding programs of the International Rice Research Institute (IRRI) - the largest rice research and breeding center in the world - to improve disease resistance of rice cultivars adapted to growing conditions in developing countries. The collaboration with IRRI ensures that our scientific findings will be efficiently translated into improved rice cultivars that will be distributed to smallholder farmers.
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