Seeds of Discovery

An Investment by the Mexican Government

Seeds of Discovery

An Investment by the Mexican Government

Exploitation of Global Genetic Resources in wheat and maize 

to address

•Food Security 

• Climate change

• Resource Limitation 

Exploitation of Global Genetic Resources in wheat and maize 

to address

•Food Security 

• Climate change

• Resource Limitation 

Mission StatementDevelopment of the genetic and associated 

technologies for the exploitation of genetic resources 

to empower the global maize and wheat breeder 

communities to address the challenges to global food 

security including climate change and resource 

scarcity (energy, water, nutrient and land).

Mission StatementDevelopment of the genetic and associated 

technologies for the exploitation of genetic resources 

to empower the global maize and wheat breeder 

communities to address the challenges to global food 

security including climate change and resource 

scarcity (energy, water, nutrient and land).

Outcomes

Tools and/or genetic resources that can be 

deployed directly in any breeding program 

anywhere in the world

Outcomes

Tools and/or genetic resources that can be 

deployed directly in any breeding program 

anywhere in the world

Food SecurityThe singularly most important trait to 

address food security is yield

Whole Genome Selection

Introgression from elite gene pools

Synthetics

Land races

Food SecurityThe singularly most important trait to 

address food security is yield

Whole Genome Selection

Introgression from elite gene pools

Synthetics

Land races

Climate Change (2030)

Global increase in CO2

Global increase in temperature

Global increase in Ozone

Substantial changes in precipitation

Climate Change (2030)

Global increase in CO2

Global increase in temperature

Global increase in Ozone

Substantial changes in precipitation

Global increase in temperature

Geographically variable

Night temperature relatively more elevated than day 

temperature

Heat shocks

Global increase in temperature

Geographically variable

Night temperature relatively more elevated than day 

temperature

Heat shocks

Global increase in temperature

Developing world impacted

Warmer and wetter in high latitudes

Change in growing season length

Heat stress during grain filling will be a particular concern

Global increase in temperature

Developing world impacted

Warmer and wetter in high latitudes

Change in growing season length

Heat stress during grain filling will be a particular concern

Precipitation changes anticipated with climate change

Miloudi Nachit, ICARDA, 2011

Targeted Exploitation of Global Genetic Resources

There have been periods in the history of the earth when elevated CO2 and temperature were experienced

Target the genetic resources through FIGS

Targeted Exploitation of Global Genetic Resources

There have been periods in the history of the earth when elevated CO2 and temperature were experienced

Target the genetic resources through FIGS

Drought Tolerance

Matthew Reynolds: phenotyping, land races

Francis Ogbonnaya and David Bonnet: Synthetics

Wild relatives: FIGS

Target: Adaptation to dryland environments

Drought Tolerance

Matthew Reynolds: phenotyping, land races

Francis Ogbonnaya and David Bonnet: Synthetics

Wild relatives: FIGS

Target: Adaptation to dryland environments

Heat Stress

Terminal heat stress tolerance

Mexican wheat breeders (Pedro Figueroa) and CIMMYT assistance: Land 

races

Gene pools from regions that experience terminal heat stress

Heat Stress

Terminal heat stress tolerance

Mexican wheat breeders (Pedro Figueroa) and CIMMYT assistance: Land 

races

Gene pools from regions that experience terminal heat stress

Heat Stress (Cont.)

David Bonnet: Synthetics based on T. dicoccum, India

FIGS: target genetic resources to be evaluated

Heat Stress (Cont.)

David Bonnet: Synthetics based on T. dicoccum, India

FIGS: target genetic resources to be evaluated

Biotic StressesMore difficult to predict

Anticipate: changed global distribution, changes in severity, new diseases

Problem or has potential to be a problem

Sufficiency of current R&D

Resistance potentially available in elite material

Biotic StressesMore difficult to predict

Anticipate: changed global distribution, changes in severity, new diseases

Problem or has potential to be a problem

Sufficiency of current R&D

Resistance potentially available in elite material

Wheat RustsAlready evidence or changed global 

distribution

Bread wheat: sufficient activity

Durum: Insufficient in CIMMYT germplasm, OK in ICARDA

Focus: APR

Karim Ammar, Miloudi Nachit, FIGS)

Wheat RustsAlready evidence or changed global 

distribution

Bread wheat: sufficient activity

Durum: Insufficient in CIMMYT germplasm, OK in ICARDA

Focus: APR

Karim Ammar, Miloudi Nachit, FIGS)

Necrotrophic Diseases

Increasingly important: more dead tissue, conservation agriculture

Septoria tritici blotch (Mycosphaerella graminicola)

Tan spot (Pyrenophora tritici repentis)

Necrotrophic Diseases

Increasingly important: more dead tissue, conservation agriculture

Septoria tritici blotch (Mycosphaerella graminicola)

Tan spot (Pyrenophora tritici repentis)

Necrotrophic Diseases (Cont.)

Crown rot (Fusarium pseudograminearum)

Spot blotch (Bipolaris sorokiniana)

Head Blight (Fusarium graminearum)

FIGS

Necrotrophic Diseases (Cont.)

Crown rot (Fusarium pseudograminearum)

Spot blotch (Bipolaris sorokiniana)

Head Blight (Fusarium graminearum)

FIGS

Root HealthAssumes much greater importance

Cereal Cyst Nematode (Heterodera)

Crown rot (Fusarium pseudograminearum)

Pratylenchus sp. (neglectus, thornei, penetrans)

Julie Nicol

Root HealthAssumes much greater importance

Cereal Cyst Nematode (Heterodera)

Crown rot (Fusarium pseudograminearum)

Pratylenchus sp. (neglectus, thornei, penetrans)

Julie Nicol

New DiseasesLikely to be significant

Cannot predict

Wheat blast (Magnaporthe grisea)

Indistinguishable from rice blast

FIGS

New DiseasesLikely to be significant

Cannot predict

Wheat blast (Magnaporthe grisea)

Indistinguishable from rice blast

FIGS

Insect PestsSunn Pest (Eurygester integriceps)

Green bug (Schizaphis graminum) 

Hessian fly (Mayetiola destructor)

Cereal leaf beetle (Oulema melanopus)

Russian Wheat Aphid (Sufficient R&D)

Insect PestsSunn Pest (Eurygester integriceps)

Green bug (Schizaphis graminum) 

Hessian fly (Mayetiola destructor)

Cereal leaf beetle (Oulema melanopus)

Russian Wheat Aphid (Sufficient R&D)

Phosphorous Use Efficiency

Genetic variation for VAM development

Implications for P nutrition?

Variation for PUE with and without VAM development

Phosphorous Use Efficiency

Genetic variation for VAM development

Implications for P nutrition?

Variation for PUE with and without VAM development

Nitrogen Use Efficiency

Genetic variation identified

Ivan Ortiz Monasterio (?)

FIGS

R&D program plan is incomplete

Nitrogen Use Efficiency

Genetic variation identified

Ivan Ortiz Monasterio (?)

FIGS

R&D program plan is incomplete

Processing QualityHuman nutrition

Fe and Zn concentration in the grain

Milling Yield

Functionality

Processing QualityHuman nutrition

Fe and Zn concentration in the grain

Milling Yield

Functionality

Crop Trait Information NetworkCrop Trait Information Network

GeneSys PortalGeneSys Portal

CTIN Users:BreedersPre‐BreedersCuratorsResearchersOthers

CTIN Users:BreedersPre‐BreedersCuratorsResearchersOthers

National variety trials

National variety trials

Crop genetic Resource Collections

Crop genetic Resource Collections

Seeds of DiscoverySeeds of Discovery

CGIAR International Nurseries

CGIAR International Nurseries

CGIAR Breeding Programs

CGIAR Breeding Programs

National Breeding Programs

National Breeding ProgramsCurrent Global 

Pre‐Breeding Research

Current Global Pre‐Breeding Research

National Trait MiningNational Trait Mining

International Phenotyping Programs

International Phenotyping ProgramsMolecular Information 

SystemsMolecular Information 

Systems