Integrating plant microbiome to increase quality and water use efficiency of major crops in Sub-Saharan Africa Integration av mikrobiom hos växter för att öka  grödors kvalitet och  effektiva vattenhushållning i subsahariska Afrika Drought is a major constraint for rainfed farming in sub Saharan Africa (SSA) and may lead to poverty as agriculture is a mainstay for rural people living in drylands.  The work proposed here concerns economically important cereals sorghum and wheat and is  part of the larger ASARECA-led project Improving Agricultural Water Productivity. Our preliminary results reveal five times greater survival and 78% higher biomass in inoculated plants under drought stress using the plant growth promoting bacteria (PGPR) from the harsh environments. The yield is further increased by 25% at the presence of sol-gel produced nanoparticles (NP). We hypothesize that the increased biomass results from significant re-programming of higher plant metabolism via the stimulation of mineral element uptake and utilization that lead to a boost in the metabolic activity. We assume that the process is controlled by surface characteristics of the NPs. To test the hypothesis mineral NP library will be developed, characterized and  used for PGPR formulation on sorghum and wheat isogenic lines. The inoculation effect on plants will be tested using advanced phenotyping technologies such as synchrotron X-ray fluorescence microscopy, inductively coupled plasma  mass spectrometry, scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The NP-PGPR complex studies will lead to biomarkers development and will ensure their reproducible application for SSA smallholder farmers, thus improving their livelihoods. Jordbruket utmanas av snabba befolkningsökningar och klimatförändringar. Förekomsten av extrema klimat förväntas öka inom den överskådliga framtiden. Ökad effektivitet i hållbar grödproduktion samt växtförädling med nyttiga bakterie- och jordtillskott, vilket mildrar klimatförändringarna, kommer att bli grundläggande för att möta dessa utmaningar. Sådana mikroorganismer kan underlätta växternas vatten- och näringsupptag, samt motverka flera olika typer av stress som kan drabba växter. De positiva effekterna som många av dessa mikroorganismer har på växter förmedlas av en rad mekanismer, däribland förbättrat upptag av mineralnäring och biofilmbildning på växternas rötter. Det är känt att dessa ´harsh environment´ bakterier i rotzonen, som vi föreslår i projektet, har utvecklats tillsammans med växtrötter under årtusenden. Flera system i växter och bakterier har utvecklat som utlöser tillgängliga resurser och initierar en metabolisk tillväxt vilket behövs i olika stressituationer i jordbruk under klimatförändringar. Kommersiellt bruk av de växtbefrämjande bakterier kräver dock att ett antal frågor hanteras. Specifika bakteriella samhällen måste noggrant matchas till olika växtarter. Genom utvecklandet av effektiva metoder för bakteriella ”formulation” och övervakning kan tekniken användas i stor skala i fält. Nanotekniska lösningar, såsom mediatorer av växtmikrobiella interaktioner har potential att öppna nya vägar till att förbättra hållbarheten i jordbruksmetoder. I detta projekt utvecklar vi den nanopartikelbaserade teknologin för användning på fälten och utvärderar dess effektivitet på näringsupptaget och ökad tolerans för torka hos sorghum och vete i på fälten i Etiopien, Kenya och Uganda via ’Farmers Field Schools’ (SSF). Projektets koncept är synnerligen innovativt i och med att extremt lite är känt om rollen för nanomaterial från naturliga mineraler i jord. De hypoteser som formulerats för projektet baseras på mycket uppmuntrande preliminära resultat och står på en solid grund av kemiska och biologiska principer. Sambandet mellan växter, mikrober och den omgivande miljön är högst komplex och kan utöva inflytande på varandra. Genom att endast studera dessa komplexa samband kommer vi att kunna bidra till att förmildra växtstressen till följd av extrema klimat i SSA-odlingar. Vi kommer att i detta sammanhang tillämpa avelsprogram med hänsyn till växtartens mikrobiom. Vi kommer att använda avancerade synkotronbaserad tekniker för pålitlig multimodal ’phenotyping’ och kombinera teknikerna med genetiskt definierade växtbestånd. På detta sätt kommer växtmikrobiomers fenotyper att interagera med den underliggande genetiska grunden.  Forskningsresultaten kommer att i grunden förbättra förståelsen av fundamentala processer i jorden. Nya synkotronbaserade tillvägagångssätt kommer att bidra med nya verktyg för studiet av jordprocesser på nanonivå. Intresset för frågan om nanopartikelinteraktioner och metaboliska effekter i växters mikrobiom ökar i rask takt och kommer sannolikt att få starkt internationellt stöd inom kort. Arbetet kommer att utföras i samarbete med världsledande experter på området.  Särskild fokus ligger på förbättrad kommunikation av metodutvecklingen mellan forskare i Sverige, SSA och på potentiella användare av metoden i SSA.  Detta kommer att ske i samarbete med ASARECA och lokala myndigheter. Vi kommer att skapa lokala initiativgrupper för informationsspridning och produktutveckling i SSA som diskuterar tekniken med berörda parter inom ramen för konferenser och workshops som planeras inom projektet. Inom detta projekt föreligger en kombination av avancerade forskningsmetoder som kopplas till praktisk fältforskning. Det utgör en unik möjlighet att utbilda lokalbefolkningen för att på sikt öka avkastningen av viktiga grödor som sorghum och  vete i SSA på ett miljövänligt och ekologiskt hållbart sätt.