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Improving plantain and banana-based systems
Breeding objectives
High and stable yield
Fruit processing
quality
R-Black sigatoka
R-Nematodes
R-Fusarium wilt
R-Weevil
R-Viruses (BSV)
Earliness
Short H-H intervals
Short stature
Good roots
The Musa improvement process at IITA
Musa x = 11 chromosomes
3x landrace 2x landrace
or 2x improved
recurrent
diploid
breeding
X
2x wild banana
genetics and MAS
2x improved
3x landrace or X 2x improved
hybrids
SCA, GCA
MAS
Transgenes
4x hybrid X
2x improved
SCA, GCA
MAS
recurrent
polyploid
breeding
4x and 2x with
best
SCA selected for
3x hybrid
polycross
quality & resistance breeding
SUPERIOR CULTIVARS
Evolutionary Musa breeding
4x/2x breeding scheme used by
CIRAD and CARBAP
Diploid Population Improvement
Breeding triploid hybrids from crosses
between diploid parents through USP (2n
gametes) was demonstrated
3.6 kg
Egg = x
Pollen = 2x
14 kg (2n = 3x)
Utilization of germplasm enhanced
Resistance to nematodes
 Single root inoculation method for nematode
screening and non-destructive method for root
assessment developed
 Resistance to Radopholus similis identified in
>10 diploid hybrids that had been selected for
resistance to black sigatoka and good plant
and bunch characteristics
Promising diploid and polyploid hybrids with resistance to R.
similis identified using an early screening technique based on
inoculation of individual roots in Nigeria
Hybrid
Tetraploid x diploid
25333-S66
25333-S88
25257-11B
25281-1A
Triploid x diploid
PITA 14 (7152-2)
A10-SPS-548-9
Diploid x diploid
25291-1
25291-S50
25291-S58
25291-S62
25291-S89
25273-1
25273-19
5105-1
Pedigree
Reproductive ratio
4698-1 x 5105-1
4698-1 x 5105-1
4698-1 x 5105-1
2796-5 x 5105-1
1.400 (2.449)
0.839 (5.392)
0.889 (1.098)
1.136 (1.987)
Mbi Egome 1 x Calcutta 4
Obino l'Ewai x Calcutta 4
1.596 (2.791)
1.713 (2.996)
2829-62 x 9128-3
2829-62 x 9128-3
2829-62 x 9128-3
2829-62 x 9128-3
2829-62 x 9128-3
2829-62 x 9128-3
2829-62 x 9128-3
Pisang lilin x Calcutta 4
0.115 (0.577)
0.771 (0.951)
0.000 (0.000)
0.793 (0.979)
0.431 (1.278)
0.249 (1.246)
0.411 (3.080)
0.391 (0.683)
Pedigree of the diploid banana hybrid
population used
Nyamwihogora (3x) x Long Tavoy (2x)
SH-3362 (2x) x Calcutta-4 (2x)
(aaabbb: S)
(AAbb: S)
(AaBb: R) (AABB: R)
TMB2x 6142-1 (2x)
(Aabb: S)
x
TMB2x 8075-7 (2x)
(AaBb: R)
Diploid segregating hybrid offspring
Gametic and zygotic configurations in a
diploid banana hybrid population
Gametes from TMB2x 8075-7 (R)
Gametes
6142-1
(S)
¼ AB
¼ Ab
¼ aB
¼ ab
½ Ab
1/8 AABb
(R)
1/8 AAbb
(S)
1/8 AbBb
(R)
1/8 Aabb
(S)
½ ab
1/8 AaBb
(R)
1/8 Aabb
(S)
1/8 aaBb
(PR)
1/8 aabb
(S)
Scale for Assessing Host Plant Resistance to
Nematodes (comparisons as per Dunnett’s test)
Comparison w/ Comparison w/ Host Plant
Valery (S)
Km 5 (R)
Resistance
Observed
segregation
Significantly
different
Not different
Significantly
different
Not different
Not different
Resistant
37
Significantly
different
Significantly
different
Not different
Susceptible
31
Partially
13
resistant
Inconclusive X2(2df) = 4.488 ns
Utilization of germplasm enhanced
Resistance to viruses
 A BSV tolerant secondary triploid plantain hybrid (TM3x
26636-2) with high yield, excellent fruit characteristics,
and resistance to black sigatoka was derived from a
BSV susceptible primary tetraploid hybrid
 An efficient genotype-independent in vitro regeneration
was developed and transient expression of GUS (uid
A) gene by Agrobacterium mediated transformation
achieved
Engineering resistance to BSV
A protocol for rapid, efficient, and genotype-independent
in vitro regeneration of Musa from apical shoot meristem
was developed and standardized
Transient expression
of GUS (uid A) gene
achieved in apical
shoot tip following
Agrobacterium
mediated
transformation
Expression of sweet pepper Hrap gene in banana enhances resistance to
Xanthomonas campestris pv. Musacearum
Leena Tripathi, Henry Mwaka, Jaindra Nath Tripathi, Wilberforce Kateera
Tushemereirwe
Molecular Plant Pathology 11 (6) pp. 721–73 (2010)
GM- plants established in confined
field trial 5 months after planting
Banana plantation damaged
by Xanthomonas wilt
GM Bananas: first harvest shows
promise
• The first harvest of genetically modified bananas planted in
Australia, in the South Johnstone area south of Cairns, has been
picked (March 2010)
• The bananas are part of a project by Queensland University of
Technology to improve the nutritional content of bananas, as a way
of combating malnutrition in Africa, particularly in Uganda, where
bananas are a staple food and very low in nutrients
• Initial results of the harvest show promise. Professor James Dale,
head of the project at QUT’s Centre for Tropical Crops and
Biocommodities, told ABC News that the initial results of testing on
the biofortified Cavendish bananas were “exciting”
• “This first planting is demonstrating that at least one of the
combinations of genes we’re putting is working really well for pro
vitamin A, and we’re concentrating on that,” said Dale
http://www.ausfoodnews.com.au/2010/03/18/gm-bananas-first-harvest-showspromise.html
Black sigatoka leaf spot
Also known as black leaf streak, causes significant reductions in leaf area, yield losses
of 50% or more, and premature ripening, a serious defect in the fruit
Understanding Host Plant Resistance
to Black Sigatoka
• Model: one major recessive R gene (bs1) and
other two enhancing R minor additive alleles
• What does bs1 does
• Any hope for durable resistance (“a matter of
time”)
[Challenging the textbook: resistance mechanism
(hypersensitivity or partial resistance), hostplant/pathogen interaction (vertical or horizontal),
genetic model (mono-, oligo-, multi-genic)]
Genotype of the bs1 locus in two 3x-2x
segregating populations
Frequency distribution for youngest leaf
spotted (YLS)
Analysis of variance of genetic effects
of bs1 locus on youngest leaf spotted
bs1 locus Degrees
genotype freedom
Environ- 1
ment (E)
Mean
square
22.17
***
bs1 intra- Degrees
locus net freedom
Environ- 1
ment (E)
bs1 allele 3
freq.
51.78
***
E x bs1
freq.
CV (%)
3.08 ns
Net locus 4
Effect (I)
4
ExI
21.0
CV (%)
3
Mean
square
23.26
***
49.06
***
4.05
20.2
Genetic effects of bs1 locus on host
plant resistance to black sigatoka
bs1 allele freq. Youngest leaf
spotted
4
10.1 (PR +)
Net intralocus Youngest leaf
spotted
interactions
4
10.1 (PR +)
2
8.2 (PR -)
2
8.6 (PR -)
1
7.0 (S)
1-0
6.2-7.1 (S)
Advances in
Musa genetics
and plant ideotype
Reference Musa acuminata map
(built from Pisang lili and Borneo)
Efficient partnerships for successful farmer delivery
Efficient partnerships for successful delivery
Plants distributed to 710
villages, 30 000 farmers
Kaduna
Abeokuta
Lagos
NGOs: 68% of the
villages, 99% of the
farmers, 90% of the
plants
Makurdi
Akure
Enugu
Abakaliki
Benin
Awka
Warri
Umuahia
SHELL: 59 farmers per
village
AGIP: 27 farmers per
village
Owerri
Calabar
Uyo
Port Harcourt
Onne
GOs: 4 farmers or less
per village
• Performance of the hybrids under farmer-managed systems, using
PITA14 (a hybrid) and Agbagba (best landrace)
• Average black Sigatoka resistant index was 96% for PITA14 against
Agbagba’s 48%
• The mean bunch weight was 13.3 kg for PITA14 and 7 kg for
Agbagba.
• 83% of the farmers harvested 124 bunches from 81 mats of
PITA14, while 55% harvested 62 bunches from 52 mats of
Agbagba.
• Each farmer obtained an equivalent of US$ 8.62 from PITA14 and
US$ 4.33 from Agbagba
• The post harvest technology attributes were ranked higher for the
hybrid
• The combination of disease resistance and increased yield by the
hybrid is suggestive of its high adoption potential
Schematic representation of the
outcome of farmer participation in
cultivar selection
Improved hybrids act as “bio-Pesticides” to
enhance landrace performance and preserve
diversity (50% Substitution) in cultivar mixtures
Calentamiento global: La evolución de
la temperatura
Temperatura, CO2 y rendimientos
•Cambios calculados en los
promedios de rendimientos
mundiales de cuatro granos
como resultado del
incremento de 2 a 4° C en la
temperatura media global
de la superficie, con (arriba)
y sin (abajo) los efectos
directos del CO2 sobre el
crecimiento vegetal y el uso
del agua
Fuente: NASA Goddard
Institute for Space Studies
Áreas en riesgo de sequía
Predicción de la escasez y el estrés de agua
en el año 2025
Fuente: UNEP
El cambio climático causará un declive en las
aguas de escorrentía para muchas regiones
Evidencia del cambio climático
Noches cálidas
Tendencia
1960–2000
Fuente: Magrin 2007, a partir
de Haylock et al. 2006
Fuente: Magrin
2007, a partir de
Vincent et al. 2005
(1960-2000)
Cambios en precipitación
Aumento de temperatura mínima
Efectos del incremento de eventos extremos
Estimación de daños por el Fenómeno de El Niño, 1997/1998
(18.1a) Colombia
(Daño total estimado: 563.5 millones de US$)
(18.1c) Perú
(Daño total estimado: 3.500 millones de US$)
Fuente: Indicadores Plan Agro 2003-2015
(18.1b) Ecuador
(Daño total estimado: 2881.6 millones de US$)
(18.1d) Bolivia
(Daño total estimado: 527.3 millones de US$)
Impactos del cambio climático
Impactos generales esperados a futuro en América Latina y el Caribe
•
Reemplazo gradual de los bosques tropicales por sabanas en el este de la
amazonia
•
Vegetación semiárida tenderá a ser reemplazada por vegetación de tierras
áridas
•
Riesgo de pérdidas significativas de biodiversidad a través de la extinción de
especies en muchas áreas tropicales
•
Cambios en los patrones de precipitación y la desaparición de glaciares, que
afectarán significativamente la disponibilidad de agua (consumo humano,
agricultura, energía)
•
Hacia el año 2020, el incremento neto en el número de personas
experimentando estrés hídrico debido al cambio climático es posible que sea
entre 7 y 77 millones
•
Los incrementos esperados en el nivel del mar, en la variabilidad climática y en
los eventos extremos es muy posible que afecten las áreas costeras
Fuente: Adrián G. Rodríguez, CEPAL, 2007
Impacto del cambio climático
•
Al menos US$ 7 mil millones dólares por año en
financiamiento adicional es necesario para financiar la
investigación, la infraestructura rural, y las inversiones de
riego necesaria para contrarrestar los efectos negativos del
cambio climático en el bienestar humano
•
Las inversiones difieren por regiones: África
subsahariana requiere la mayor inversión global y una mayor
participación de las inversiones en carreteras, América Latina
en la investigación agrícola, y Asia en la eficiencia del riego
Fuente: Nelson, G.C. et al. 2009. Climate Change Impact on Agriculture
and Costs of Adaptation. IFPRI, Washington D.C.
http://www.ifpri.org/sites/default/files/publications/pr21.pdf
La ingestión diaria per cápita
Fuente: Nelson, G.C. et al. 2009. Climate Change Impact on Agriculture
and Costs of Adaptation. IFPRI, Washington D.C.
http://www.ifpri.org/sites/default/files/publications/pr21.pdf
Otros impactos del cambio climático sobre la
agricultura del Perú: patógenos y pestes
• Como impactos están las sequías o las precipitaciones fluviales excesivas
que llegan a afectar directamente el desarrollo de los cultivos. Sin
embargo, el impacto indirecto ha sido más importante porque favoreció el
desarrollo de las plagas en condiciones de sequía y las enfermedades en
las condiciones lluviosas
• Un estudio realizado en Cañete reveló que aumento de la temperatura
ocasionó un aumento del 45% de las plagas en 1996-1997 y de 34 % en
1996-1998. La incidencia de las enfermedades se incrementó en 42 y en
67% respectivamente en los mismos periodos. "Como consecuencia de
estos cambios (…) el rendimiento del valle bajó en promedio 57% en
1996-1998 “
Fuente: Comunicación Nacional del Perú a la Convención de Naciones
Unidas sobre Cambio Climático, Consejo Nacional del Ambiente (CONAM),
Lima, Perú, junio de 2001. p. 93
Impacto potencial del cambio
climático en plátanos y bananos
• Las necesidades de agua de plátano y banano son
relativamente altos y los dos son muy sensibles a las
condiciones secas del suelo: Los bananos y plátanos con
el genoma B son más tolerantes que los bananos de postre
AAA, y los plátanos de cocción ABB son los más
tolerantes de sequía
• Un incremento de temperatura permitirá el cultivo del
plátano y banano hacia más altas altitudes pero podrá
estar asociado con un incremento de pestes y
enfermedades
• Incrementos graduales de temperatura, precipitación
intensa intercalada con periodos secos y aumento en la
humedad foliar favorecieron la incidencia y severidad de
las sigatokas.
Los métodos del fitomejoramiento
Investigación e innovación para el desarrollo …
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