資源獲得のための根のアーキテクチャ：複雑な環境でのトレードオフ

Root architecture for improved resource capture: trade-offs in complex environments.

• Frederik J T van der Bom
• Alwyn Williams
• Michael J Bell

抄録

根の構造は、資源効率の高い作物を開発するための有望な育種ターゲットである。育種家や植物生理学者は、水や硝酸塩の取り込みを改善するために、狭くて深い根系を持つ根のイデオタイプや、リンのような移動性の低い表土の栄養素をより良く取り込むために、広くて浅い根系を持つ根のイデオタイプを求めてきた。しかし、根の構造と作物の収量との関係についての証拠は限られている。多くの研究では、作物が複数の土壌制約にさらされていることが多いにもかかわらず、単一の制約に対する反応に焦点が当てられている。例えば、不耕起栽培が行われている乾燥地の土壌では、表土の栄養分の層化が出現プロファイルの特徴であり、土壌プロファイルが乾燥すると、水と栄養分が空間的に分離される。この結果、効率的な資源獲得と、単一の制約に対抗するために開発された事前に定義された根のイデオタイプとの間で、時空間的なトレードオフが生じる。我々は、複数の空間的に分断された土壌資源の効率的な捕獲に関与するトレードオフを特定し、よりよく理解する必要があると考えている。さらに、これらのトレードオフが遺伝子型（根の構造）、環境（土壌制約）、管理（農学）とどのように相互作用するかは重要な未知数である。我々は、変動する環境制約の下で複数の土壌資源を効率的に捕獲することを可能にする根の形質を特定することが、世界的な食糧安全保障の課題に対応するための重要な一歩であることを主張する。

Root architecture is a promising breeding target for developing resource-efficient crops. Breeders and plant physiologists have called for root ideotypes that have narrow, deep root systems for improved water and nitrate capture, or wide, shallower root systems for better uptake of less mobile topsoil nutrients like phosphorus. Yet evidence of relationships between root architecture and crop yield is limited. Many studies focus on the response to a single constraint, despite the fact that crops are frequently exposed to multiple soil constraints. For example, in dryland soils under no-till management, topsoil nutrient stratification is an emergent profile characteristic, leading to spatial separation of water and nutrients as the soil profile dries. This results in spatio-temporal trade-offs between efficient resource capture and pre-defined root ideotypes developed to counter a single constraint. We believe there is need to identify and better understand trade-offs involved in the efficient capture of multiple, spatially disjunct soil resources. Additionally, how these trade-offs interact with genotype (root architecture), environment (soil constraints) and management (agronomy) are critical unknowns. We argue that identifying root traits that enable efficient capture of multiple soil resources under fluctuating environmental constraints is a key step towards meeting the challenges of global food security.

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