Review

To shatter or not to shatter: synthesizing biology and engineering for mechanised harvesting of sesame

Éclater ou ne pas éclater: synthèse des approches biologiques et d’ingénierie pour la récolte mécanisée du sésame

¹ Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organisation (AREEO), Karaj, Iran
² Agricultural Technical and Engineering Research Department, Golestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Gorgan, Iran
³ Department of Genetics and Plant Breeding, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
⁴ School of Biological Sciences,The University of Western Australia, Crawley, 6009, WA 6009, Australia

^* Corresponding author: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Received: 9 August 2025
Accepted: 19 December 2025

Abstract

Seed shattering remains a major barrier to mechanised harvesting of sesame (Sesamum indicum L.). It reduces yield potential, with reported losses that can exceed 50%, and hinders farmers’ adoption of modern harvesting technologies. This review bridges biological and engineering disciplines by providing an integrative analysis of the genetic and morphological factors in seed retention, alongside the agronomic and mechanical strategies required for efficient harvesting. Key capsule traits, such as dehiscence angle, membrane development, and seed-placental adhesion, are examined for their roles in seed retention and suitability for mechanised harvesting. Quantitative methods for assessing shattering intensity, including the TI/KE/TO index (a score for upright retention, inverted retention, and tip opening) and Langham’s capsule breakage protocol, are discussed. The review further explores advances in breeding, including the utilisation of landraces and exotic germplasm, marker-assisted selection, and identification of candidate genes and QTLs linked to shattering resistance. Mechanised harvesting methods, particularly the choice between direct and two-stage approaches, are evaluated under varying environmental conditions, with an emphasis on seed quality preservation and economic efficiency. Finally, this review is the first to propose a comprehensive ideotype framework that resolves the fundamental trade-off between field-level seed retention and mechanical threshability by systematically integrating key biological traits with engineering parameters

Résumé

La déhiscence des capsules demeure un obstacle majeur à la récolte mécanisée du sésame (Sesamum indicum L.). Elle réduit fortement le rendement final, avec des pertes pouvant dépasser 50%, et freine l’adoption des technologies modernes de récolte par les agriculteurs. Cette revue fait le lien entre biologie et ingénierie en proposant une analyse intégrative des facteurs génétiques et morphologiques impliqués dans la rétention intra-capsulaire des graines, ainsi que des stratégies agronomiques et mécaniques nécessaires à une récolte efficace. Les principaux traits des capsules – tels que l’angle d’ouverture, le développement des membranes et l’adhérence de la graine – sont examinés pour leur rôle dans la rétention des graines et leur aptitude à la récolte mécanisée. Les méthodes quantitatives d’évaluation de l’intensité de déhiscence, notamment l’indice TI/KE/TO (score de rétention en position verticale, rétention en position inversée et ouverture de l’extrémité) ainsi que le protocole de rupture de capsule de Langham, sont discutées. La revue explore également les avancées en amélioration génétique, incluant l’utilisation de variétés locales et de ressources exotiques, la sélection assistée par marqueurs et l’identification des gènes candidats et des loci de caractères quantitatifs (QTL) associés à la résistance à la déhiscence. Les méthodes de récolte mécanisée, en particulier le choix entre une approche directe ou en deux étapes, sont évaluées selon différents contextes environnementaux, avec un accent mis sur la préservation de la qualité des graines et l’efficacité économique. Enfin, cette revue est la première à proposer un cadre idéotypique complet permettant de résoudre le compromis fondamental entre la rétention des graines au champ et l’adaptation au battage mécanique, en intégrant de façon systématique les principaux traits biologiques et les paramètres d’ingénierie.