点をつなぐ: 窒素欠乏に対する耐性を持つ植物をスクリーニングするための重要な表現型形質を特定するためのパス モデル

低い窒素 (N) 施用量に耐えられる品種は、肥料コストを削減し、硝酸塩の浸出と流出損失を最小限に抑え、肥料製造に伴う全体的な CO2 排出量を削減できます。私たちの研究の目標は、低い窒素施用量に対する耐性を持つ植物をスクリーニングするための重要な表現型形質を特定するためのパスモデルの有用性を示すことです。我々は、水溶性肥料（15-5-15 Cal Mag）を最適条件（導電率2.5 dS・m-1）とN欠乏条件（導電率0.75）の両方で使用して、耐性があり感受性の高いポインセチア品種（ユーフォルビア・プルケリマ）を栽培しました。dS・m-1) 処理を行い、品種と処理の両方で細胞、葉、植物全体のスケールで 24 の異なる形質を測定しました。実験は、N 処理をメインプロット、品種をサブプロットとする分割プロット設計としてレイアウトされ、5 回の反復を行いました。これらの特性間の連続的な関係を明らかにするために、パス分析が行われました。窒素欠乏処理における耐性品種と感受性品種の統計的比較では、苗条バイオマス（19.9 vs 14.4 g）、葉面積（2775 vs 1824 cm2）、葉乾燥重量（14.7 vs 10.0 g）、側根乾燥重量（3.7 vs 2.4 g)、光飽和光合成 (14.5 vs 10.1 μmol・m-2・s-1)、最大電子輸送速度 (119 vs 89 μmol・m-2・s-1)、クロロフィル含有量 (28.1 vs 12.9)g・100g-1）、葉の窒素含有量（27.5 vs 19.9 mg・g-1）、細根の窒素含有量（26.1 vs 20.9 mg・g-1）、アントシアニン含有量の減少（0.07 vs 0.16 ΔOD・g）-1)。経路モデルは、N 欠乏処理において側根の成長と細根の N 含有量の増加が葉の N 含有量の増加につながる可能性があることを示しました。葉の窒素含有量の増加と苗条バイオマスの増加を結びつける 3 つの別々の経路がありました。これらの経路は、アントシアニン、クロロフィル、および光飽和光合成速度 (またはルビスコ能力) のレベルによって媒介されました。光飽和光合成モデルは、耐性品種の細根による窒素の取り込みの増加は、シュートから根に移動する光合成産物によってサポートされている可能性があることを示唆しました。葉の窒素含有量は、窒素欠乏処理における複数の植物反応と関連しており、特にマーカー支援分子育種において、新品種の開発における有用なスクリーニング形質となり得る。

Varieties that tolerate low nitrogen (N) application rates can reduce fertilizer costs, minimize nitrate leaching and runoff losses, and lower overall CO2 emissions associated with fertilizer manufacturing. The goal of our research is to show the usefulness of path models to identify key phenotypic traits for screening plants with a tolerance to low N application rates. We grew tolerant and sensitive cultivars of poinsettia (Euphorbia pulcherrima) using a water-soluble fertilizer (15-5-15 Cal Mag) in both optimal (electrical conductivity of 2.5 dS·m-1) and N-deficient (electrical conductivity of 0.75 dS·m-1) treatments and measured 24 different traits at the cellular, leaf, and whole-plant scales in both cultivars and treatments. The experiment was laid out as a split-plot design with N treatments as main plots and cultivars as sub-plots, with five replications. Path analysis was conducted to develop sequential relationships among these traits. Statistical comparisons between tolerant and sensitive cultivars in the N-deficient treatment indicated an increase in shoot biomass (19.9 vs 14.4 g), leaf area (2775 vs 1824 cm2), leaf dry weight (14.7 vs 10.0 g), lateral root dry weight (3.7 vs 2.4 g), light-saturated photosynthesis (14.5 vs 10.1 μmol∙m-2∙s-1), maximum electron transport rate (119 vs 89 μmol∙m-2∙s-1), chlorophyll content (28.1 vs 12.9 g∙100g-1), leaf N content (27.5 vs 19.9 mg∙g-1), and fine root N content (26.1 vs 20.9 mg∙g-1), and a decrease in anthocyanin content (0.07 vs 0.16 ΔOD∙g-1). The path model indicated that an increase in the lateral root growth and fine root N content can lead to an increase in the leaf N content, in the N-deficient treatment. There were three separate paths that connected higher leaf N content to increased shoot biomass. These paths were mediated by the levels of anthocyanin, chlorophylls, and light-saturated photosynthesis rate (or rubisco capacity). The light-saturated photosynthesis model suggested that the increased uptake of N by fine roots in the tolerant cultivar was likely supported by the photosynthates translocated from the shoot to the root. Leaf N content was associated with multiple plant responses in the N-deficient treatment, and can be a useful screening trait for developing new cultivars, especially in marker-assisted molecular breeding.