圃場条件下における亜鉛、セレン、ヨウ素、鉄による遺伝子バイオフォーテイフィケーション小麦の農学的バイオフォート化
圃場条件下における亜鉛、セレン、ヨウ素、鉄による遺伝子バイオフォーテイフィケーション小麦の農学的バイオフォート化
Agronomic biofortification of genetically biofortified wheat genotypes with zinc, selenium, iodine, and iron under field conditions
Hari Ram1Asif Naeem2Abdul Rashid3Charanjeet Kaur1Muhammad Y. Ashraf2Sudeep Singh Malik1Muhammad Aslam2Gurvinder S. Mavi1Yusuf Tutus4Mustafa A. Yazici4Velu Govindan5Ismail Cakmak4*
Front. Plant Sci. 06 December 2024
Sec. Plant Nutrition
Volume 15 - 2024 | https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1455901
要旨
小麦（Triticum aestivum L.）穀物中の亜鉛（Zn）、鉄（Fe）、ヨウ素（I）、セレン（Se）の濃度が本質的に低いことは、ヒト集団における微量栄養素栄養失調（隠れた飢餓）の主な原因となっている。遺伝子バイオフォーティフィケーションは、この問題に対する非常に有用な解決策である。しかし、遺伝子バイオフォーティフィケーションだけでは、土壌や植物に関連するいくつかの要因のために、ヒトの栄養にとって望ましい微量栄養素濃度を達成できない可能性がある。本研究では、インドとパキスタンで、土壌施用Znおよび葉面施用Zn、I、Seに対する遺伝子バイオフォート化高Zn小麦遺伝子型の応答を調査した。土壌施用Zn（ZnSO4-7H2Oとして50 kg ha-1の割合）および葉面施用Zn（0.5％ZnSO4-7H2O）、I（0.04％KIO3）、Se（0.001％Na2SeO4）および葉面カクテル（F-CT：上記の葉面溶液の組み合わせ）が、高Zn小麦遺伝子型のZn、I、SeおよびFeの穀粒濃度に及ぼす影響を、2年間にわたって圃場実験で調査した。また、両国で主に栽培されている地場小麦品種もチェック品種として含めた。小麦の穀物収量は、F-CTにより穀物収量が増加したパキスタンの1カ所を除き、全ての圃場において微量栄養素処理による影響を受けなかった。Zn、I、Se の葉面散布は、それぞれの微量栄養素の穀粒濃度を有意に高めた。これらの微量栄養素の複合施用は、穀粒の Zn、I、Se の増強にほぼ同等の効果を示したが、収量はわずかに減少した。葉面散布したZn、Zn+IおよびF-CTはFeも増加させた。インドでは、高Zn遺伝子型は現地品種と比較して軽微な穀物収量減少を示したが、パキスタンでは、高Zn小麦遺伝子型は現地品種より高い穀物収量を得ることができなかった。本研究は、微量栄養素による穀粒の濃縮において、遺伝的バイオフォート化と農学的バイオフォート化の間に相乗効果があることを示している。Znバイオフォート化した遺伝子型にZnを葉面散布すると、穀粒Znが15 mg kg-1以上増加した。したがって、農学的および遺伝的戦略を組み合わせることで、穀物Znを50 mg kg-1以上増加させることができる。食用作物における微量栄養素の蓄積を最大化し、人類集団における隠れた飢餓問題の解決に向けて大きく前進するためには、施肥実践と植物育種を組み合わせることが強く推奨される。
（以下結果の項目の鉄の部分だけ訳した）
3.3 穀物鉄濃度
鉄の施用は行わなかったが、2016-2017 年のバティンダを除くインドのすべての圃場地 域で、穀物中の鉄濃度に実験区間で有意なばらつきがみられた（表 7）。2015-2016 年はすべての圃場で、2016-2017 年はルディアナで、F-CT 処理で最も高い穀物鉄濃度が記録された。Gurdaspur では、3 つの葉面処理（F-CT、F-Zn、F-Zn+I）の穀物 Fe 濃度は統計的に類似しており、すべてコントロールおよび S-Zn 処理よりも有意に高かった。穀物Fe濃度は、インドのGurdaspur（2015-2016）とBathinda（2016-2017）の場所を除き、圃場場所と年によって小麦の遺伝子型間で有意に異なっていた。2015-2016年、Ludhianaでは遺伝子型PBW-1-Znの穀物Fe濃度が他の遺伝子型と比較して有意に高かった。しかし、Bathinda（インド）では、遺伝子型 PBW-1-Zn の穀物 Fe 濃度は、遺伝子型 HPBW 10 と比較して有意に高かったが、HD 2967 と同程度であった。2016-2017 年のルディアナ（インド）では、PBW-1-Zn（30.0 mg kg-1）と HPBW 10 の穀物 Fe 濃度は統計的に類似しており、HD 2967 よりも高かった。2016-2017 年のインド・グルダスプールでは、PBW-1-Zn（33.8 mg kg-1）の穀物 Fe 濃度は他の 2 つの遺伝子型よりも高かった。
パキスタンでは、F-CT が処理区の中で一貫して最も高い穀物 Fe 濃度を示したが、2016-2017 年のグジュランワラおよびシェイクープラでは、濃度値は他の葉面処理区（F-Zn および F-Zn+I）と非有意的に異なっていた（表 7）。Faisalabad では、両年とも、穀物 Fe 濃度は供試した遺伝子型間で非有意的な差があった。2016〜2017年、グジュランワラではHarvestPlus高Zn小麦遺伝子型（Zincol-2016及びNR-488）の穀物Fe濃度は標準チェックFaisalabad-2008より統計的に低かったが、Sheikhupuraでは逆の結果であった。
穀物 Fe 濃度の平均値をプールした結果、インドでは F-CT および F-Zn+I 処理が、パキスタンでは F-CT、F-Zn+I、F-Zn 処理が有意に穀物 Fe 濃度を高めた（表 8）。パキスタンでは、F-CT 処理により、現地対照処理よりも穀物 Fe 濃度が最も高まった（19%）。また、穀物 Fe 濃度をプール分析した結果、インドではすべての遺伝子型の穀物 Fe 濃度が同程度であった。パキスタンでは、遺伝子型 NR-488 が F-CT 処理で他の土壌/葉面処理よりも最も高い粒状 Fe 濃度を示した。F-CT は現地対照処理よりも 3.9 mg kg-1 高い穀物 Fe 濃度を記録した。
（第7表の説明）
インドとパキスタンの異なる場所で栽培された様々な小麦遺伝子型の穀物鉄濃度に及ぼす微量栄養素処理の影響。
列間の異なる文字はLSD検定による有意差を示す（p<0.05）。n.s.は有意ではない。
LCは局所処理；S-Znは土壌Zn散布；F-Znは葉面Zn散布；F-Zn+Iは葉面Zn+I（ヨウ素）散布；F-CTはZn+Se+Iの複合葉面処理。
Fig.7