トウモロコシの根は乾燥に対処するに「急勾配で、節約的で、深根性」である
トウモロコシの根は乾燥に対処するに「急勾配で、節約的で、深根性」である
Study shows ‘steep, cheap and deep’ roots help corn plants deal with drought
出典：ペンシルベニア州立大学。クリエイティブ・コモンズ
2022年12月7日
ジェフ・マルホレム著
ペンシルベニア州ユニバーシティ・パーク発-
自然界では、より少ない量がより多くなることはめったにない。ペンシルベニア州立大学主導の国際研究チームは、新たな研究で「パーシモニアス（parsimonious）」な根の表現型の利点の証拠を発見した。
パーシモニアス（parsimonius）とは、「資源を使いたがらない、ケチ、質素」と定義されるが、植物が植物成長を向上させるために遺伝的に決定された形質を表すのに最適な表現である、と研究の筆頭著者である農学部のジョナサン・リンチ著名教授（植物科学）は言う。リンチ教授によれば、この根の戦略は、植物が "急で、安くて、深い根 "を発達させることだという。
"急勾配 "とは、根を鋭角に下方に向かわせ、希少な水や栄養資源を獲得するために深く探索するような成長角度などの構造的特徴を指す。"安い "とは、コーン植物にとっての代謝コストを意味し、根の数を少なくしたり、生きた細胞の数を減らすために内部に空隙（aerenchyma）を持つ根を作るなどの形質を含む。
リンチの説明によれば、パーシモンな根の表現型を持つ植物は、実際に成長する根の数が少ないという。これによって、生産された少数の根が土壌の奥深くまで成長するのに十分な資源を確保できる。それゆえ、安価で、急で、深いという特徴があるのだ。
さらに、根の表現型が単純化されることで、植物は大気中の炭素をより多く土壌の奥深くに蓄えることができる。
「気候変動により、将来的に干ばつストレスの頻度と深刻さが増すと予想される中、これは重要な考慮事項です。「植物育種家が適切な根の表現型を選択することで、作物はより干ばつに強くなり、土壌中の大気中の炭素を貯留しやすくなると考えています」。
この仮説を検証するため、研究者たちは、OpenSimRootと呼ばれるオープンソースの植物・土壌機能構造シミュレーションモデル（ペンシルベニア州立大学で過去30年にわたって開発された強力なツール）を使用し、根の形状と土壌特性を3次元的に経時的に明示的にシミュレーションすることを可能にした。
この研究で研究者たちは、3つの異なるコ ー ン 産 生 環 境 に お い て 、天 水 及 び 干ばつ条件下で、急根、安根、深根のイデ オタイプのいくつかの変種の能力を、コ ーンの基準となる根の表現型と比較テ ストした。天水栽培のトウモロコシのアグロシステ ムを正確に模倣するために、3つの異なるコ ーンの生産地の実際の土壌と気候のデー タセットを用いた： 米国アイオワ州ブーン郡、ナイジェリア・ザリア・カドゥナ、メキシコ・ハリスコ州テパティトランである。
研究者らは、Frontiers in Plant Science誌にこのほど発表した研究成果で、植物が乾燥ストレスにさらされるすべての環境において、急峻で、安価で、深い表現型は、生育42日後のシュートバイオマスが大きくなることを報告した。さらに、6つの模擬環境のうち5つで、土壌の2フィート（約1.5メートル）以下に堆積する炭素量が、急峻・安価・深い表現型の方が、基準表現型の2倍多いことも発見された。
干ばつ条件をシミュレートしたところ、「急で、安くて、深い」表現型は、植物のパフォーマンスと生存率を高めるいくつかの重要な点において、基準表現型と異なっていた。急で、安くて、深い」表現型は、浅い軸根の数を約半分にし、すべての根の角度は、基準表現型と比較して平均20度急であり、側根の分岐密度（低いほど良い干ばつ耐性の指標）は50％減少し、海綿体積（水と養分を輸送するために拡大したガス空間を含む根組織）は20％から40％に増加した。
トウモロコシはアメリカでは主要作物であり、アフリカやラテンアメリカでは重要な食糧安全保障作物である。また、干ばつはすでに世界の作物生産にとって大きな制約となっており、世界的な気候変動の結果、その傾向はますます強まっている。
「私たちは、軸根が少なく、側根の分岐密度が低く、畦形成が多いトウモロコシを育種することで、作物の成長と土壌深部の炭素隔離を改善できると考えています」とリンチは語った。「この研究は、トウモロコシの育種家が、実際の根の数が少なく、安価で、急峻で、深い根の表現型を持つ植物を選抜することによって、より優れた干ばつ耐性を開発するために使用できる情報をもたらした。
下図はアイオワ州ブーン郡とメキシコ・ハリスコ州テパティトランにおける根のシミュレーション。
