Nutrient-Dense Orange-Fleshed Sweetpotato: Advances in Drought-Tolerance Breeding and Understanding of Management Practices for Sustainable Next-Generation Cropping Systems in Sub-Saharan Africa
- 1. International Potato Center
- 2. Swedish University of Agricultural Sciences
Description
Almost half of children less than five years old living in sub-Saharan Africa (SSA) suffer from vitamin A deficiency and 60% suffer from iron deficiency. Thus, there has been a strong commitment to breeding for, promoting awareness of, and delivering adapted pro-vitamin A rich orange-fleshed sweetpotato (OFSP) in SSA during the past two decades and for enhanced iron content since 2014. This review article focuses on major breeding efforts in SSA to enhance the drought tolerance of OFSP and reviews integrated crop management practices for improved and sustained sweetpotato production in SSA farming systems. Under climate change, the frequency and severity of droughts is expected to increase. Technical issues are presented in the context of addressing challenges along the entire value chain to ensure adoption. First, the use of an accelerated breeding scheme reduced the breeding cycle from 8-10 to 4-5 years. Since 2010, 19 drought-tolerant OFSP varieties have been released in Mozambique, 7 in Malawi, and 2 in South Africa. Moreover, research in four breeding populations using the heterosis exploiting breeding scheme (HEBS) demonstrated that within one breeding cycle of 5 years, clones with significantly higher root yield, abiotic tolerance, host plant resistance to pests and diseases, and early maturity can be produced. In the future, HEBS will be combined with greater use of modern genomic tools, new phenotyping tools, and CRISPR/Cas9-mediated gene editing. Second, beyond genetic enhancements, evidence is presented that using improved crop management systems, existing sweetpotato yields can be increased 2-4 times. Current knowledge is reviewed concerning sweetpotato's role in diverse farming systems, but integrated crop management is clearly under researched. Third, the outlook for drought tolerance breeding indicates that two distinct classes of nutrient-rich cultivars are emerging: 1) Early maturing cultivars (< 4 month growing period) that escape drought but also serve humid environments with small landholding size per capita; and 2) Medium maturing (4–6 month growing period) cultivars that avoid drought, are drought tolerant and exhibit continuous root formation. Increasing commercialization of the crop and climate change will drive demand, and the willingness of farmers to invest in improved sweetpotato crop management.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يعاني ما يقرب من نصف الأطفال الذين تقل أعمارهم عن خمس سنوات والذين يعيشون في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى من نقص فيتامين (أ) ويعاني 60 ٪ منهم من نقص الحديد. وبالتالي، كان هناك التزام قوي بتربية وتعزيز الوعي وتقديم البطاطا الحلوة الغنية بالبرتقال الغنية بالفيتامينات (OFSP) في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى خلال العقدين الماضيين ولتعزيز محتوى الحديد منذ عام 2014. تركز مقالة المراجعة هذه على جهود التكاثر الرئيسية في دول جنوب الصحراء الكبرى لتعزيز تحمل الجفاف من جانب مكتب التخطيط الاستراتيجي وتستعرض ممارسات الإدارة المتكاملة للمحاصيل من أجل تحسين واستدامة إنتاج البطاطا الحلوة في أنظمة الزراعة في دول جنوب الصحراء الكبرى. في ظل تغير المناخ، من المتوقع أن يزداد تواتر وشدة الجفاف. يتم عرض القضايا التقنية في سياق مواجهة التحديات على طول سلسلة القيمة بأكملها لضمان التبني. أولاً، أدى استخدام نظام التكاثر السريع إلى تقليل دورة التكاثر من 8-10 إلى 4-5 سنوات. منذ عام 2010، تم إصدار 19 صنفًا من أصناف OFSP المقاومة للجفاف في موزمبيق، و 7 في ملاوي، و 2 في جنوب إفريقيا. علاوة على ذلك، أظهرت الأبحاث التي أجريت على أربع مجموعات تكاثر باستخدام مخطط التكاثر الاستغلالي غير المتجانس (HEBS) أنه في غضون دورة تكاثر واحدة مدتها 5 سنوات، يمكن إنتاج مستنسخات ذات غلة جذر أعلى بكثير، وتحمل غير أحيائي، ومقاومة النبات المضيف للآفات والأمراض، والنضج المبكر. في المستقبل، سيتم دمج HEBS مع استخدام أكبر للأدوات الجينية الحديثة، وأدوات التنميط الظاهري الجديدة، وتحرير الجينات بوساطة CRISPR/Cas9. ثانيًا، بالإضافة إلى التحسينات الجينية، يتم تقديم أدلة على أنه باستخدام أنظمة إدارة المحاصيل المحسنة، يمكن زيادة غلة البطاطا الحلوة الحالية 2-4 مرات. تتم مراجعة المعرفة الحالية المتعلقة بدور البطاطا الحلوة في أنظمة الزراعة المتنوعة، ولكن من الواضح أن الإدارة المتكاملة للمحاصيل قيد البحث. ثالثًا، تشير التوقعات الخاصة بتربية تحمل الجفاف إلى ظهور فئتين متميزتين من الأصناف الغنية بالمغذيات: 1) الأصناف الناضجة المبكرة (فترة نمو أقل من 4 أشهر) التي تفلت من الجفاف ولكنها تخدم أيضًا بيئات رطبة ذات حجم صغير من الأراضي للفرد ؛ و 2) الأصناف المتوسطة النضج (فترة نمو من 4 إلى 6 أشهر) التي تتجنب الجفاف، وهي تتحمل الجفاف وتظهر تكوينًا مستمرًا للجذور. ستؤدي زيادة تسويق المحاصيل وتغير المناخ إلى زيادة الطلب، واستعداد المزارعين للاستثمار في تحسين إدارة محاصيل البطاطا الحلوة.Translated Description (French)
Près de la moitié des enfants de moins de cinq ans vivant en Afrique subsaharienne (Ass) souffrent d'une carence en vitamine A et 60 % d'une carence en fer. Ainsi, il y a eu un fort engagement en faveur de l'élevage, de la sensibilisation et de la fourniture de la pro-vitamine A adaptée riche en patate douce à chair orange (OFSP) en Afrique subsaharienne au cours des deux dernières décennies et pour une teneur accrue en fer depuis 2014. Cet article de synthèse se concentre sur les principaux efforts de sélection en Ass pour améliorer la tolérance à la sécheresse de l'OFSP et examine les pratiques de gestion intégrée des cultures pour une production améliorée et soutenue de patates douces dans les systèmes agricoles de l'Ass. Dans le contexte du changement climatique, la fréquence et la gravité des sécheresses devraient augmenter. Les problèmes techniques sont présentés dans le contexte de la résolution des défis tout au long de la chaîne de valeur pour assurer l'adoption. Tout d'abord, l'utilisation d'un système d'élevage accéléré a réduit le cycle d'élevage de 8-10 à 4-5 ans. Depuis 2010, 19 variétés OFSP tolérantes à la sécheresse ont été commercialisées au Mozambique, 7 au Malawi et 2 en Afrique du Sud. De plus, des recherches menées dans quatre populations reproductrices à l'aide du système de sélection exploitant l'hétérosis (HEBS) ont démontré qu'en l'espace d'un cycle de sélection de 5 ans, des clones présentant un rendement racinaire, une tolérance abiotique, une résistance des plantes hôtes aux ravageurs et aux maladies et une maturité précoce significativement plus élevés peuvent être produits. À l'avenir, HEBS sera combiné avec une plus grande utilisation d'outils génomiques modernes, de nouveaux outils de phénotypage et d'édition de gènes médiée par CRISPR/Cas9. Deuxièmement, au-delà des améliorations génétiques, des preuves sont présentées qu'en utilisant des systèmes de gestion des cultures améliorés, les rendements existants de patates douces peuvent être augmentés de 2 à 4 fois. Les connaissances actuelles sont passées en revue concernant le rôle de la patate douce dans divers systèmes agricoles, mais la gestion intégrée des cultures est clairement sous-recherchée. Troisièmement, les perspectives d'élevage tolérant à la sécheresse indiquent que deux classes distinctes de cultivars riches en nutriments émergent : 1) Les cultivars à maturation précoce (période de croissance de < 4 mois) qui échappent à la sécheresse mais servent également des environnements humides avec une petite taille de propriété foncière par habitant ; et 2) Les cultivars à maturation moyenne (période de croissance de 4 à 6 mois) qui évitent la sécheresse, sont tolérants à la sécheresse et présentent une formation racinaire continue. La commercialisation croissante de la culture et le changement climatique stimuleront la demande et la volonté des agriculteurs d'investir dans une meilleure gestion des cultures de patate douce.Translated Description (Spanish)
Casi la mitad de los niños menores de cinco años que viven en el África subsahariana (SSA) sufren de deficiencia de vitamina A y el 60% de deficiencia de hierro. Por lo tanto, ha habido un fuerte compromiso con la cría, la promoción de la conciencia y la entrega de camote de pulpa naranja rico en provitamina A (OFSP) adaptado en SSA durante las últimas dos décadas y para mejorar el contenido de hierro desde 2014. Este artículo de revisión se centra en los principales esfuerzos de mejoramiento en SSA para mejorar la tolerancia a la sequía de OFSP y revisa las prácticas de manejo integrado de cultivos para una producción mejorada y sostenida de camote en los sistemas de cultivo de SSA. En el contexto del cambio climático, se espera que la frecuencia y la gravedad de las sequías aumenten. Los problemas técnicos se presentan en el contexto de abordar los desafíos a lo largo de toda la cadena de valor para garantizar la adopción. En primer lugar, el uso de un esquema de reproducción acelerada redujo el ciclo de reproducción de 8-10 a 4-5 años. Desde 2010, se han lanzado 19 variedades OFSP tolerantes a la sequía en Mozambique, 7 en Malawi y 2 en Sudáfrica. Además, la investigación en cuatro poblaciones de reproducción utilizando el esquema de reproducción de explotación de heterosis (HEBS) demostró que dentro de un ciclo de reproducción de 5 años, se pueden producir clones con un rendimiento de raíces significativamente mayor, tolerancia abiótica, resistencia de la planta huésped a plagas y enfermedades, y madurez temprana. En el futuro, HEBS se combinará con un mayor uso de herramientas genómicas modernas, nuevas herramientas de fenotipado y edición de genes mediada por CRISPR/Cas9. En segundo lugar, más allá de las mejoras genéticas, se presenta evidencia de que el uso de sistemas mejorados de manejo de cultivos, los rendimientos de camote existentes se pueden aumentar de 2 a 4 veces. Se revisan los conocimientos actuales sobre el papel del camote en diversos sistemas agrícolas, pero la gestión integrada de cultivos está claramente poco investigada. En tercer lugar, las perspectivas para el mejoramiento con tolerancia a la sequía indican que están surgiendo dos clases distintas de cultivares ricos en nutrientes: 1) cultivares de maduración temprana (período de crecimiento de < 4 meses) que escapan a la sequía pero también sirven a ambientes húmedos con un tamaño de propiedad pequeño per cápita; y 2) cultivares de maduración media (período de crecimiento de 4–6 meses) que evitan la sequía, son tolerantes a la sequía y exhiben una formación continua de raíces. El aumento de la comercialización del cultivo y el cambio climático impulsarán la demanda y la voluntad de los agricultores de invertir en una mejor gestión de los cultivos de camote.Files
pdf.pdf
Files
(1.2 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:506f6b64649043ee5a043384bb27c0c4
|
1.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- البطاطا الحلوة البرتقالية الغنية بالمغذيات: التقدم في تربية تحمل الجفاف وفهم ممارسات الإدارة لأنظمة زراعة الجيل التالي المستدامة في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى
- Translated title (French)
- Patate douce à chair orange dense en nutriments : progrès dans l'élevage de la tolérance à la sécheresse et compréhension des pratiques de gestion pour des systèmes de culture durables de nouvelle génération en Afrique subsaharienne
- Translated title (Spanish)
- Camote de pulpa anaranjada denso en nutrientes: avances en la cría con tolerancia a la sequía y comprensión de las prácticas de manejo para sistemas de cultivo sostenibles de próxima generación en el África subsahariana
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3025226633
- DOI
- 10.3389/fsufs.2020.00050
References
- https://openalex.org/W50898111
- https://openalex.org/W155242834
- https://openalex.org/W172459838
- https://openalex.org/W822333895
- https://openalex.org/W1179774079
- https://openalex.org/W1550524705
- https://openalex.org/W1664802776
- https://openalex.org/W1927763663
- https://openalex.org/W1941145238
- https://openalex.org/W1966095317
- https://openalex.org/W1969289438
- https://openalex.org/W1969528736
- https://openalex.org/W1970309198
- https://openalex.org/W1987822976
- https://openalex.org/W1988040430
- https://openalex.org/W1999730376
- https://openalex.org/W1999829995
- https://openalex.org/W2000438497
- https://openalex.org/W2001456914
- https://openalex.org/W2018119640
- https://openalex.org/W2019795739
- https://openalex.org/W2026478691
- https://openalex.org/W2032222069
- https://openalex.org/W2036874947
- https://openalex.org/W2043453663
- https://openalex.org/W2047092557
- https://openalex.org/W2048201477
- https://openalex.org/W2048708255
- https://openalex.org/W2057371453
- https://openalex.org/W2067085922
- https://openalex.org/W2069575771
- https://openalex.org/W2072891706
- https://openalex.org/W2079866487
- https://openalex.org/W2085608995
- https://openalex.org/W2091929220
- https://openalex.org/W2097053445
- https://openalex.org/W2098002290
- https://openalex.org/W2102152753
- https://openalex.org/W2103012613
- https://openalex.org/W2103504431
- https://openalex.org/W2104297633
- https://openalex.org/W2104579860
- https://openalex.org/W2105349584
- https://openalex.org/W2106720293
- https://openalex.org/W2117851732
- https://openalex.org/W2119015030
- https://openalex.org/W2119052384
- https://openalex.org/W2120441807
- https://openalex.org/W2121553377
- https://openalex.org/W2122689188
- https://openalex.org/W2130103528
- https://openalex.org/W2135128083
- https://openalex.org/W2140021830
- https://openalex.org/W2140391358
- https://openalex.org/W2143190686
- https://openalex.org/W2143460711
- https://openalex.org/W2143692234
- https://openalex.org/W2152823637
- https://openalex.org/W2161073596
- https://openalex.org/W2161558103
- https://openalex.org/W2165826274
- https://openalex.org/W2170586170
- https://openalex.org/W2175458563
- https://openalex.org/W2177380202
- https://openalex.org/W2184109797
- https://openalex.org/W2188893556
- https://openalex.org/W2205654298
- https://openalex.org/W2241663358
- https://openalex.org/W2292329685
- https://openalex.org/W2295944115
- https://openalex.org/W2318518731
- https://openalex.org/W2335795849
- https://openalex.org/W2342431577
- https://openalex.org/W2405871764
- https://openalex.org/W2412411905
- https://openalex.org/W2419294956
- https://openalex.org/W2461416947
- https://openalex.org/W2462261591
- https://openalex.org/W2475416648
- https://openalex.org/W2483854981
- https://openalex.org/W2495264969
- https://openalex.org/W2500253487
- https://openalex.org/W2513783696
- https://openalex.org/W2540673952
- https://openalex.org/W2547739063
- https://openalex.org/W2559898808
- https://openalex.org/W2570248500
- https://openalex.org/W2588990728
- https://openalex.org/W2590510956
- https://openalex.org/W2592424864
- https://openalex.org/W2597258473
- https://openalex.org/W2605913246
- https://openalex.org/W2606373793
- https://openalex.org/W2624983278
- https://openalex.org/W2735956547
- https://openalex.org/W2750613297
- https://openalex.org/W2750762839
- https://openalex.org/W2753437637
- https://openalex.org/W2765579863
- https://openalex.org/W2766528412
- https://openalex.org/W2774367092
- https://openalex.org/W2789054116
- https://openalex.org/W2789760001
- https://openalex.org/W2790322215
- https://openalex.org/W2791960043
- https://openalex.org/W2889969571
- https://openalex.org/W2897923149
- https://openalex.org/W2898479048
- https://openalex.org/W2900495185
- https://openalex.org/W2913263180
- https://openalex.org/W2913412172
- https://openalex.org/W2914239887
- https://openalex.org/W2915961686
- https://openalex.org/W2965783946
- https://openalex.org/W2974122466
- https://openalex.org/W2976742149
- https://openalex.org/W2998894140
- https://openalex.org/W3010478583
- https://openalex.org/W4239856245