Starch degradability was studied in six indigenous Philippine rice cultivars differing in amylose contents. An in vitro enzymatic starch digestion method was applied in order to estimate the expected glycemic index in vivo based on the kinetics of starch hydrolysis in vitro. Two different treatments were investigated: first, samples were cooked and analysed immediately; second, samples were cooked and stored in a refrigerator for 24 h at a temperature of 4 °C in order to induce a retrogradation effect. The results indicate substantial differences in the estimated glycemic index between rice cultivars. Values ranged between 68 and 109 for cooked rice and between 64 and 87 for stored rice containing retrograded starch. Starch hydrolysis tended to be more rapid and more complete for waxy cultivars than for high amylose cultivars. Storing rice in the refrigerator led to a reduction of the estimated glycemic index for all cultivars. The highest decrease in starch hydrolysis after cool storing was seen for the waxy cultivars.

Abiotic environmental stresses negatively impact crop productivity and are major constraints to global food security. As a consequence of global change, certain stress factors such as heat, drought, salinity, tropospheric ozone, and excess UV radiation might become even more prevalent in the coming decades. While the negative impact of these stresses on crop yields is obvious, their effects on crop quality are less recognized. Exposure to environmental stress induces numerous physiological stress reactions in plants that can alter the chemical composition of crops and thus the quality of the harvested products. Literature on the impact of abiotic environmental stresses on crop quality falls into seven categories of quality parameters: protein, lipids, non-structural carbohydrates, minerals, antioxidants, feed value for ruminant herbivores, and physical/sensory traits. Apart from summarizing net effects on these quality parameters, this review intends to elucidate physiological mechanisms leading to the observed changes in crop quality. All categories of traits are significantly affected by abiotic environmental stresses, resulting in both positive and negative changes in crop quality. The overall effect of a certain stress factor is often dependent on numerous interacting factors such as the timing of stress application, the intensity of the stress, and the crop species. In spite of these confounding elements, this review identifies some common patterns of stress response, such as a tendency towards increasing concentrations in protein and antioxidants in stressed crops, and a loss in quality in terms of feed value, starch and lipid concentration, or physical/sensory traits. This information might help agronomists and crop breeders to develop strategies to produce higher quality crops in stress environments.

Abstract Increasing both crop productivity and the tolerance of crops to abiotic and biotic stresses is a major challenge for global food security in our rapidly changing climate. For the first time, we show how the spatial variation and severity of tropospheric ozone effects on yield compare with effects of other stresses on a global scale, and discuss mitigating actions against the negative effects of ozone. We show that the sensitivity to ozone declines in the order soybean > wheat > maize > rice, with genotypic variation in response being most pronounced for soybean and rice. Based on stomatal uptake, we estimate that ozone (mean of 2010–2012) reduces global yield annually by 12.4%, 7.1%, 4.4% and 6.1% for soybean, wheat, rice and maize, respectively (the “ozone yield gaps”), adding up to 227 Tg of lost yield. Our modelling shows that the highest ozone‐induced production losses for soybean are in North and South America whilst for wheat they are in India and China, for rice in parts of India, Bangladesh, China and Indonesia, and for maize in China and the United States. Crucially, we also show that the same areas are often also at risk of high losses from pests and diseases, heat stress and to a lesser extent aridity and nutrient stress. In a solution‐focussed analysis of these results, we provide a crop ideotype with tolerance of multiple stresses (including ozone) and describe how ozone effects could be included in crop breeding programmes. We also discuss altered crop management approaches that could be applied to reduce ozone impacts in the shorter term. Given the severity of ozone effects on staple food crops in areas of the world that are also challenged by other stresses, we recommend increased attention to the benefits that could be gained from addressing the ozone yield gap.

ABSTRACT In plants, phosphate (P i ) homeostasis is regulated by the interaction of P i starvation response transcription factors (PHRs) with stand-alone SPX proteins, which act as sensors for inositol pyrophosphates (PP-InsPs). Recently, ITPK1 was shown to generate the PP-InsP InsP 7 from InsP 6 in vitro , but the importance of this activity in P i signaling remained unknown. Here, we show that uncontrolled P i accumulation in ITPK1-deficient plants is accompanied by impaired P i -dependent InsP 7 and InsP 8 synthesis. Reciprocal grafting demonstrates that P i starvation responses are mainly controlled by ITPK1 activity in shoots. Nuclear magnetic resonance assays and PAGE analyses with recombinant protein reveal that besides InsP 6 phosphorylation, ITPK1 is also able to catalyze ATP synthesis using 5-InsP 7 but not any other InsP 7 isomer as a P-donor when ATP is low. Additionally, we show that the dynamic changes in InsP 7 and InsP 8 to cellular P i are conserved from land plant species to human cells, suggesting that P i -dependent PP-InsP synthesis is a common component of P i signaling across kingdoms. Together, our study demonstrates how P i -dependent changes in nutritional and energetic states modulate ITPK1 activities to fine-tune the synthesis of PP-InsPs.

Abstract Iron (Fe) toxicity is one of the most common mineral disorders affecting rice ( Oryza sativa ) production in flooded lowland fields. Oryza meridionalis is endemic from Northern Australia and grows in regions with Fe rich soils, making it a candidate for use in adaptive breeding. Aiming to understand tolerance mechanisms in rice, we screened a population of interspecific introgression lines (IL) from a cross between O. sativa and O. meridionalis for the identification of QTLs contributing to Fe toxicity tolerance. Six putative QTLs were identified. A line carrying one introgression from O. meridionalis on chromosome 9 associated with one QTL was highly tolerant despite very high shoot Fe concentrations. Physiological, biochemical, ionomic and transcriptomic analyses showed that the IL tolerance could partly be explained by Fe retention in the leaf sheath and culm. We constructed the interspecific hybrid genome in silico for transcriptomic analysis, and identified differentially regulated introgressed genes from O. meridionalis that could be involved in shoot-based Fe tolerance, such as metallothioneins, glutathione S-transferases and transporters from ABC and MFS families. This is the first work to demonstrate that introgressions of O. meridionalis into the O. sativa genome can confer increased tolerance to excess Fe. Highlight We identified QTLs associated with iron tolerance derived from O. meridionalis , and characterized their physiological basis in O. sativa .

Abstract Mycotoxins such as aflatoxins (AFs), fumonisins (FBs), zearalenone (ZEN), and deoxynivalenol (DON) pose a risk to public health due to their carcinogenic potency (AFs and FBs) and anti-nutritional effects. The hazards associated with mycotoxins are accentuated where food management practices, control, and regulatory systems from farm to plate are sub-optimal. Information on the frequency of these mycotoxins in rice commercialized in markets in sub-Sahara Africa (SSA) is limited. The current study examined AF concentrations in 527 rice samples collected from 54 markets in five SSA countries. Grain quality characteristics, processing methods, and origin of samples were contrasted with toxin levels. In total, 72% of the samples had detectable AFs levels (range = 3.0 to 89.8 µg/kg). Forty-seven percent (47%) of the samples had AFs above 4 µg/kg, the European Union maximum level (ML), and were evaluated for cooccurrence with FBs, ZEN, and DON. Total AFs and ZEN cooccurred in 40% of the samples, and 30% of the positive ZEN samples had concentrations above the ML of 75 µg/kg. Total AFs did not co-occur with FBs and DON. Multivariate analysis revealed that length-to-width ratio ( p < 0.0001), mixed variety for width ( p = 0.04), and chalkiness ( p = 0.009) significantly influenced aflatoxin concentrations. Slender grains had higher AFs concentrations than bold and medium grains ( p < 0.0001). Possible strategies to mitigate mycotoxin contamination in rice include improving grain quality traits and practicing proper drying and hermetic storage before and after milling. These findings provide valuable insights for both domestic and international actors in establishing and strengthening regulations and management systems to mitigate rice mycotoxin contamination.

Rice wild relatives (RWR) constitute an extended gene pool that can be tapped for the breeding of novel rice varieties adapted to abiotic stresses such as iron (Fe) toxicity. Therefore, we screened 75 Oryza genotypes including 16 domesticated O. sativas , one O. glaberrima , and 58 RWR representing 21 species, for tolerance to Fe toxicity. Plants were grown in a semi-artificial greenhouse setup, in which they were exposed either to control conditions, an Fe shock during the vegetative growth stage (acute treatment), or to a continuous moderately high Fe level (chronic treatment). In both stress treatments, foliar Fe concentrations were characteristic of Fe toxicity, and plants developed foliar stress symptoms, which were more pronounced in the chronic Fe stress especially toward the end of the growing season. Among the genotypes that produced seeds, only the chronic stress treatment significantly reduced yields due to increases in spikelet sterility. Moreover, a moderate but non-significant increase in grain Fe concentrations, and a significant increase in grain Zn concentrations were seen in chronic stress. Both domesticated rice and RWR exhibited substantial genotypic variation in their responses to Fe toxicity. Although no RWR strikingly outperformed domesticated rice in Fe toxic conditions, some genotypes scored highly in individual traits. Two O. meridionalis accessions were best in avoiding foliar symptom formation in acute Fe stress, while an O. rufipogon accession produced the highest grain yields in both chronic and acute Fe stress. In conclusion, this study provides the basis for using interspecific crosses for adapting rice to Fe toxicity.