Biofortifiering av cassava Biofortification of cassava Cassava is one of the most important crops in the tropics with a remarkable tolerance to drought and ability to grow on poor soils. However, it has relatively low nutritional quality having dire implications for millions of people dependent on this staple crop. Particularly problematic is the low ß-carotene level, which can lead to provitamin A deficiency with severe health and economic consequences, including early mortality, impaired physical ability and blindness. Efforts to breed for varieties with increased b-carotene have therefore been undertaken, but is difficult to combine with high starch content, which is a vital trait for farmers's acceptance and the market value.  Here we propose a new exploratory approach by cross-species comparative genomics and molecular network analysis in combination with functional testing by genetic transformation and the emerging technique of genome editing. We do this by generating transcript, smallRNA and metabolite data of specific varieties with different genetic background and ß-carotene content to identify new candidate genes and key enzymes leading to increased ß-carotene levels and sustained starch content. We will also identify molecular signatures associated to these traits to screen existing germplasms for more lines to be incorporated in breeding programs. The findings will serve either for marker assisted breeding or as engineering approach by gene-editing to overcome possible constrains in traditional breeding. Kassava är en av de viktigaste livsmedels- och fodergrödorna i tropikerna och Afrika står för mer än hälften av den totala världsproduktionen. Denna gröda intar en särskilt viktig roll i livsmedelsförsörjningen för miljontals småbrukare i utvecklingsländer tack vare dess enastående tolerans mot torka och förmåga att växa i magra jordar. Den kan dessutom skördas efter behov, eftersom den växer över mer än ett år. Dess tålighet gör att den är rustad inför framtida klimatförändringar.  Men tyvärr har kassavan som livsmedel en stor nackdel: näringsinnehållet. För även om kassava producerar mycket kalorier är den relativt näringsfattig. Särskilt problematisk är den låga halten av provitamin A. För litet intag av detta ämne har flera allvarliga konsekvenser, såväl vad gäller ekonomi som hälsa - bland annat tidig dödlighet och minskad fysisk kapacitet. Det kan också leda till irreversibel blindhet hos barn. I Afrika har hela 43 % av förskolebarnen kliniska symptom på provitamin A-brist.  Det är de vita rötterna som utgör den ätliga delen hos de flesta kassavasorterna som odlas och konsumeras, och dessa innehåller försumbara mängder provitamin A. Som tur är finns det en stor genetisk variation inom grödan, och vissa sorter har en hög karotenoidhalt, som är den grupp av ämnen i vilken just provitamin A ingår. Flera andra av karotenoiderna är viktiga för människans hälsa.  Den naturliga genetiska mångfalden hos kassava är alltså hög, men att förbättra karotenoidhalten genom att testa olika korsningar är en mycket tidskrävande och dyr process, eftersom växtcykeln mellan generationer kan vara hela två år. För att öka effektiviteten i urvalet vid förädling är det därför nödvändigt att förstå den genetiska grunden för varierande karotenoidhalt.  I detta projekt, som är ett samarbete mellan Sveriges Lantbruksuniversitet och International Institute of Tropical Agriculture (IITA, med huvudkontor i Ibadan, Nigeria), vill vi bättre förstå hur provitamin A produceras i kassava, för att med denna kunskap effektivare och snabbare kunna ta fram sorter som har högre halt av detta för människan så viktiga ämne.  Vi gör detta på flera sätt. Till att börja med vill vi tillämpa ett nytt bioinformatiskt tillvägångsätt, där vi använder oss av genexpressionsdata och gör en jämförelse mot potatis. Vi har valt potatisen eftersom den liksom kassava har ett kartlagt genom, båda har en knölstruktur som producerar delarna som äts samt för att potatisen är välstuderad när det gäller provitamin A-produktion.  Tack vare dessa likheter kan vi konstruera molekylära genexpressionsnätverk mellan de två grödorna och på så sätt identifiera nya gener och enzymer som påverkar provitamin A-halten. Detta enligt principen att genexpressionen för vissa processer är evolutionärt bevarad mellan olika växter. Från detta kommer vi få en lista på nya kandidatgener för högre produktion av provitamin A.  Ett urval av dessa gener kommer sedan att testas vidare genom att utryckas i potatis med hjälp av genetisk modifiering eftersom det är lättare att göra i potatis än kassava. För att se om genen är viktig i provitamin A-produktion kommer vi efter modifieringen undersöka om halten ökat.  Vi kan dessutom screena den stora samlingen av kassavalinjer för att identifiera vilka linjer som bär och uttrycker på de nödvändiga generna för att få en hög provitamin A-halt. Sådana kassavalinjer utgör ett bra korsningsmaterial till redan pågående förädlingsprogram som syftar till att förbättra näringsinnehållet.  Parallellt vill vi dessutom testa och utveckla den nya CRISPR/Cas9-metoden för riktade förändringar i kassavans arvsmassa. Vi har redan identifierat ett antal enzym vars aktivitet har betydelse för Provitamin A-produktion. Deras effektivitet kan med denna teknik antingen förstärkas eller försvagas genom att vissa baspar i dem byts ut med hjälp av CRISPR/Cas9. Vi hoppas på detta sätt kunna producera några linjer och testa deras innehåll av Provitamin A.  I det här projektet fördjupar vi kunn