多窒素施肥がイネ小胞子初期の冷温による不稔を助長する要因の解析

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  • Analysis of Factors Related to Enhanced Sterility Due to Coolness at the Young Microspore Stage under High Nitrogen Supply in Rice (Oryza sativa L.).

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抄録

Effects of high nitrogen (High-N) supply combined with cooling on increased sterility in rice plant were examined. High-N enhanced the suppression of pollen germination caused by cooling and the results of comparative proteome analysis and gene expression analysis revealed that a number of expansins (EXPs) were downregulated by High-N plus cooling (High-N-cooling). EXPs act on cell wall loosening and are involved in pollen tube penetration. As many EXPs were repressed under High-N-cooling, it appears that these EXPs may be involved in the enhanced damages on pollen grains, and, consequently, the enhanced sterility. It is concluded these findings about the effects of High-N on cool-temperature damages in rice plants will contribute to forming a physiological basis for future research on the prevention of such damage under various nutrient conditions and to the development of damage reduction technologies.

本研究では、冷温によるイネの不稔を窒素施肥が助長する要因を明らかにするため、冷害の主な要因の一つである花粉の発育障害に注目した。多窒素条件では小胞子初期の冷温によって小胞子数や充実花粉数の減少が助長されるだけでなく，柱頭上の受粉数と発芽花粉数が著しく減少することを見出した。そこで花粉発芽に注目し、成熟葯を用いて障害の生理的側面を検討した。比較プロテオーム解析および遺伝子発現解析から、多くのエクスパンシン (EXP) 遺伝子の発現が多窒素・冷温によって抑制されることが示された。EXPは細胞壁を緩める働きをもち、花粉管伸長にも関与する。多窒素・冷温によって多くのEXP遺伝子の発現が抑制されたことから、これらのEXPは花粉発芽の抑制に関与し、結果として多窒素栽培における冷温障害の助長に関係することが示唆された。以上のように冷温障害における多窒素の影響について重要な知見が得られた。これらの知見は、冷温障害発生と栄養条件との関係の解明や、被害軽減技術の開発に向けた手がかりになると考える。

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