뿌리 시스템 형질을 특성화하는 것은 특히 사탕수수에서 아직 초기 단계에 있는 연구 분야 중 하나입니다. 사탕수수 뿌리를 정확하게 표현형화하기 위한 여러 접근 방식을 통합하면 포괄적이고 전체적인 결과를 얻을 수 있으며, 기존 및 분자 육종을 위해 식별된 형질과 메커니즘을 활용할 수 있습니다.
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이 논문에서
요약
초록
뿌리는 물과 영양분의 주요 전도체이며 스트레스가 많은 환경에서 성장과 수확량을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 식물 뿌리에 대한 연구는 현장 평가 및 샘플링에서 방법론적 어려움을 야기하며, 이는 특히 사탕수수(Saccharum spp.)에 해당됩니다. 1920년대의 전통적인 방법은 사탕수수 뿌리 시스템의 유전형 변이를 문서화했으며, 그 후 최근까지 사탕수수 뿌리 형질 자체 에 대한 연구는 거의 보고되지 않았습니다. 형태학 외에도 대립유전자 요법 효과 및/또는 미생물 공생에 대한 친화력을 포함한 뿌리권 특성이 식물 설립과 생존을 결정합니다.
궁극적으로, 뿌리 시스템은 사탕수수의 지상 생산성을 정의합니다. 기후에 탄력적인 품종에 대한 추진력으로 인해 사탕수수의 뿌리 시스템 특성의 다양성을 탐구하고 활용하는 것이 더욱 중요해지고 있습니다. 이 논문은 인도 농업 연구 위원회-사탕수수 육종 연구소(ICAR-SBI)의 과학자 팀이 고용한 도랑 샘플링에 의한 현장 굴착, 뿌리 코어 샘플러의 사용, 뿌리 샘플링을 위한 제기 플랫폼, 수경 재배 배양에서 식물 사육을 포함하여 사탕수수 뿌리 표현형을 위한 다각적인 접근 방식을 설명합니다.
트렌치 샘플링에 의한 현장 굴착은 자연 성장 환경에서 식물 뿌리를 평가하는 데 필수적입니다. 필드 조건을 시뮬레이션하는 돌출된 플랫폼과 루트 코어 샘플러를 사용하는 것은 시간을 크게 단축하고 샘플 크기를 균일하게 하며 루트 물질의 손실을 줄이는 대안적인 접근 방식입니다. 수경재배 식물 배양은 유기 화합물의 삼출 및 미생물 상호 작용을 포함하여 형태학, 해부학적 특징 및 근권 생물학을 연구할 수 있도록 합니다. 다양한 표본 추출 방법을 사용한 다양한 실험에서 생성된 데이터는 사탕수수의 뿌리 시스템 특성에 대한 풍부한 정보를 추가합니다.
서론
중요한 식량 및 바이오 에너지원인 사탕수수(Saccharum spp.)는 열대 및 아열대 기후 조건을 가진 많은 국가에서 재배하기에 적합한 중요한 산업 작물입니다. 탄소 동화를 위한 C4 광합성 경로 덕분에 사탕수수는 물과 비료와 같은 농장 투입물을 효율적으로 사용하여 생산성이 높습니다. 사탕수수의 수확 후 가공을 통해 설탕과 재거리와 같은 경제적으로 가치 있는 제품과 당밀, 에탄올 및 에너지의 부산물을 생산할 수 있습니다. 사탕수수는 약 100개국에서 생산되며, 면적은 25.97Mha이며, 이는 전체 경작지의 약 1.5%에 해당합니다. 인도만 해도 세계 사탕수수 생산량의 16%(약 306Mt)를 차지하고 있으며, 평균 생산성은 70t·ha−1 1이다. 사탕수수 생산에 큰 영향을 미치는 주요 비생물적 스트레스에는 물 부족, 물 로깅, 극한 온도 및 영양 결핍, 염도, 염도 및 알칼리도와 같은 토양 특성이 포함됩니다. 비생물적 스트레스에 강한 작물을 개발하기 위한 가장 큰 과제는 스트레스 조건에서 상당한 수확량 이점을 제공하는 특정 특성을 정확히 찾아내는 것입니다.
사탕수수 생리학의 여러....
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프로토콜
1. 트렌치 샘플링에 의한 현장 굴착
- 좋은 작물 재배와 성장을 보장하기 위해 권장 관행 패키지(POP)에 따라 120cm, 90cm의 줄 간격으로 심은 두 개의 싹이 틔운 세트에서 밭에서 상업용 사탕수수 잡종(이하 "품종"이라고 함)을 재배합니다.
- 작물의 성숙 단계가 끝나면 굴착기를 사용하여 밭에 도랑 (깊이 1.5m, 너비 1.0m)을 파십시오. 지속적인 물 분사를 통해 뿌리를 손상시키지 않고 뿌리 영역의 토양이 제거되었는지 확인합니다(그림 1).
- 부착된 토양이 느슨해지면 뿌리 시스템과 함께 지팡이를 뿌리째 뽑고 실험실로 가져가 뿌리 수, 뿌리 길이, 부피 및 무게를 수동으로 측정합니다.
그림 1: 뿌리의 현장 굴착을 위한 트렌치 샘플....
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결과
사탕수수 품종의 뿌리 형태학적 특성의 변이
도랑 샘플링에 의해 현장에서 발굴되고 수경 재배 환경에서 자란 Co 62175의 뿌리 시스템의 대표적인 이미지가 그림 5A, B에 나와 있습니다. Co 62175 및 Co 99006 품종에서 긴 뿌리(~100cm)가 관찰되었으며, Co 99006이 가장 높은 뿌리 무게(127g·덩어리−1)를 기록했습니다. 뿌리 코어 샘플러를 사용하여 뿌리 형질을 기록한 결과, Co 62175는 누적 뿌리 길이, 뿌리 표면적 및 뿌리 부피와 관련하여 Co 99006에 비해 우수한 뿌리 시스템을 가지고 있음을 밝혔습니다(그림 5C-E). 그러나 평균 뿌리 직경은 Co 62175보다 Co 99006에서 더 높았습니다(그림.......
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토론
뿌리 시스템은 사탕수수의 지상 생산성을 정의하며, 기후에 탄력적인 품종을 개발하기 위해 사탕수수의 모든 측면을 철저히 탐구하고 이해해야 합니다. 식물 생리학자, 미생물학자, 농업 엔지니어, 생화학자 및 식물 육종가로 구성된 ICAR-SBI의 과학자 팀은 도랑 샘플링에 의한 현장 굴착, 뿌리 코어 샘플러 사용, 뿌리 샘플링을 위한 플랫폼 제기, 수경 재배 배양으로 식물 사육 등 사탕수수 뿌리 표현형을 위해 다각적인 접근 방식을 사용했습니다. 개별 방법론이 철저하거나 배타적이지 않을 수 있다는 점을 감안할 때, 이상적인 뿌리 표현형의 구성 요소 특성과 메커니즘을 밝히기 위해 정보 통합이 필요합니다. 초기의 루트 샘플링 방법은 이러한 노력에서 고립되었지만, 본 명세서에 기술된 전략을 개발하는 데 유용하였다.
벤카트라만(Venkatraman)과 토마스(Thomas)5 는 조사를 위한 .......
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공개 사항
모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
감사의 글
저자는 코임바토르에 있는 ICAR-사탕수수 육종 연구소(ICAR-Sugarcane Breeding Institute) 소장이 사탕수수의 뿌리 표현형 분석 시설을 구축하기 위해 확장한 인프라와 지원을 인정합니다. 인도 정부 과학기술부 과학공학연구위원회(Science and Engineering Research Board)가 KV(ECR/2017/000738)에 대한 Early Career Research Award의 형태로 제공한 자금은 정식으로 인정됩니다. 저자는 세심한 방식으로 데이터를 생성하는 데 도움을 준 Brindha, Karpagam, Rajesh, Sivaraj 및 Amburose에게 감사를 표합니다.
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재료
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참고문헌
- Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). Crops and livestock products. FAOSTAT. , Available from: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC (2019).
- Venkatraman, T. S., Thomas, R. Studies of sugarcane roots at different stages of growth. Agricultural Journal of India. 23, 166-176 (1928).
- Smith, D. M., Inman-Bamber, N. G., Thorburn, P. J.
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