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Volume 2 Number 1 & 2 2008 
CONTENTS AND ABSTRACTS
Number 1
Hidekazu Kobayashi (Japan) Ion Secretion via Salt Glands in Poaceae (pp 1-8)
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ABSTRACT
Invited Review: Salinity is a major constraint to plant growth. To adapt to saline environments, plants develop various mechanisms. One such mechanism is salt secretion via “salt glands”. Salt glands are specialized epidermal structures that occur on the shoots, and secrete salts transported into the shoots. Some plant species also release heavy metals via salt glands when they grow on heavy metal-contaminated soils. In addition to their contribution to salinity and heavy metal tolerance, ion secretion via salt glands plays a role in the circulation of elements (soil – plant – environment), and affects crop quality by changing their mineral concentration. The family Poaceae includes many important crops and forage grasses, and almost all Poaceae plants except for the subfamily Pooideae are believed to possess active or inactive salt glands. This paper describes diverse aspects of the phenomenon “ion secretion via salt glands in Poaceae” by focusing on recent studies.
JAPANESE ABSTRACT
土壌の塩類集積は植物の生育を阻害する要因であり、塩類集積に対応するために植物は様々な機構を発達させている。塩類腺からの塩類排出もその一つであり、塩類腺は地上部中の過剰塩類を体外に排出する役割を果たしているとされている。塩類腺からはナトリウムや塩素以外のイオンも排出され、重金属集積土壌で生育した植物からは重金属が排出されることが報告されている。塩類腺からのイオン排出は、耐性機構としての役割に加えて、土壌から吸収した無機成分を周辺環境に放出することによる物質循環や、ミネラル含有率など作物の栄養価にも影響を与えている。イネ科植物においては、塩類排出能力には大きな相違があるものの、イチゴツナギ亜科を除くほぼ全ての種に塩類腺が存在するとされている。本総説では、イネ科植物の塩類腺について、その構造や排出メカニズムなどの概要を解説する。
Hongwei Cai (China/Japan), Wataru Takahashi (Japan) Genome Mapping and Molecular Breeding in Lolium and Festuca (pp 9-17)
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ABSTRACT
Invited Mini-Review: Of the 8 species in the genus Lolium, Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.), is one of the most important cool-season forage grasses and is the most widely cultivated annual forage grass in Japan. Another important Lolium species is perennial ryegrass (L. perenne L.); it is cultivated mainly for forage and turf in the British Isles, Europe, USA, Australia, and New Zealand. Both Italian ryegrass and perennial ryegrass are outcrossing species, and each has a relatively large genome (1 C ≈ 2000 Mb). In recent years, many molecular markers, including amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers, restriction fragment length polymorphism (RFLP) markers, simple sequence repeat (SSR) markers, and expressed sequence tag (EST) markers, have been developed for Italian ryegrass and perennial ryegrass, and several types of molecular linkage map have been constructed. In addition, markers closely linked to genes for resistance to diseases such as crown rust, gray leaf spot, and bacterial wilt have been identified. Quantitative trait loci (QTLs) for flowering time, winter hardiness, forage quality, and other important traits have also been analyzed. In this paper, we review recent progress in genome mapping and QTL analysis in Lolium spp. We also include studies on tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.) and meadow fescue (F. pratensis Huds.), two species closely related to Lolium.
JAPANESE ABSTRACT
Lolium属の8草種の中でイタリアンライグラス(Lolium multiflorum Lam.)は最も重要な寒地型牧草の一つであり、日本で最も広く栽培されている一年生牧草である。Lolium 属の中でもう一つ重要な草種であるペレニアルライグラス(L. perenne L.)は主にイギリス、ヨーロッパ大陸、アメリカ、オーストラリアおよびニュージーランドで牧草や芝草として栽培されている。イタリアンライグラスとペレニアルライグラス両草種ともに他殖性で、比較的大きいゲノムサイズ(1 C ≈ 2000 Mb)を持っている。最近では数種類の分子マーカー、例えば、増幅断片長多型（AFLP）、制限酵素断片長多型（RFLP）、単純配列反復（SSR）およびEST（expressed sequence tag）マーカーが両草種において開発され、それらを用いた連鎖地図も作製されている。加えて、冠さび病、いもち病および青枯病（bacterial wilt）等病害抵抗性遺伝子に緊密に連鎖する分子マーカーも検出されている。さらに、開花期、越冬性、飼料品質およびその他の重要形質の量的形質遺伝子座（QTL）解析も行われている。ここではLolium属におけるゲノムマッピングおよびQTL解析の最近の成果についてまとめる。また、Lolium 属に近縁の二草種、トールフェスク（Festuca arundinacea Schreb.）およびメドウフェスク（F. pratensis Huds.）についてのゲノム解析の成果も紹介する。
Hisashi Kato-Noguchi (Japan) Allelochemicals Released from Rice Plants (pp 18-25)
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ABSTRACT
Invited Review: Rice has been extensively studied with respect to its allelopathy as part of a strategy for sustainable weed management. Rice plants possibly release allelochemicals into the neighboring environment or the rhizosphere because they inhibit the growth of several plant species when rice and these plants are grown together. A large number of compounds, such as phenolic acids, fatty acids, indoles and terpenes have been identified in rice root exudates and decomposing rice residues as putative allelochemicals which possess growth inhibitory activity against neighboring plant species. Thus, these compounds may play an important role in defense mechanism of rice in the rhizosphere for competition with invading root systems of neighboring plants. This paper summarizes the compounds released from living rice plants and decomposing rice residues, and discusses their possible involvement in rice allelopathy.
JAPANESE ABSTRACT
アレロパシーを利用した環境と調和した循環型農業の開発のため、イネのアレロパシーに関する多くの研究が世界中で行われてきた。その結果、イネ植物を幾つかの別種植物と共存させると、それらの植物の成長を抑制することが明らかになった。アレロパシー物質は植物の成長を抑制することから、イネは、アレロパシー物質を生産し、イネの周辺や根圏に分泌することで、周りに進入してくる他の植物の成長を抑制し、それらの植物との栄養塩類等をめぐる生存競争を有利にしている可能性がある。また、イネの根の分泌液中から、フェノール、脂肪酸、インドール、テルペノイド類等の多くの化合物が発見されており、これらの化合物の幾つかは成長抑制活性を有し、イネのアレロパシーに関与している可能性がある。このような、イネのアレロパシーに関する研究は、イネの生理学・化学生態学を明らかにするために重要である。本総説では、イネが放出している化合物と、それらの化合物がアレロパシー物質としてどの程度機能しているかを討論した。
Kae Miyazawa (Japan) Reducing Tillage and Fertilization in Humid, Temperate and Cool Temperate Regions (pp 26-29)
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ABSTRACT
Invited Mini-Review: Conservation tillage systems often promote germination and initial growth of crops on Andosol (fine volcanic ash soil), a predominant soil type in Japanese upland fields. Three main mechanisms are apparently responsible for better performance of seedlings under conservation tillage than under conventional tillage: stable soil water content facilitates crop germination and establishment; nitrogen accumulation at the soil surface promotes nitrogen uptake and growth of seedlings; and an undisturbed network of hyphae created by preceding cropping promotes the inoculum potential of arbuscular mycorrhizal fungi. Based on these findings, a new tillage method and cover cropping systems were developed which improve not only seedling performance but also crop yields. Improved fertilization efficiency attained using these systems can reduce external input in both tillage and fertilization.
JAPANESE ABSTRACT
日本の耕地の多くを占める黒ボク土において、作物の発芽や初期生育が慣行耕起にくらべて保全型耕起（不耕起や簡易耕起など）で促進される事例が報告されている。その主要な3つのメカニズムとして、保全型耕起では、土壌の水分含有量が安定しており種子の発芽や定着を促進すること、地表面に窒素が蓄積し実生の窒素吸収を促進すること、そして前作の菌根菌の菌糸ネットワークにより作物の根への菌根菌感染が促進されることが挙げられる。近年これらの知見を元に、初期生育だけでなく収量の増加も可能にする新たな保全型耕起法や、カバークロップ技術が開発されてきた。これらの新たな耕起や栽培技術は、耕起に必要な労力と施肥両方の削減を実現する可能性がある。
Number 2
Rieko Shishido, Mayumi Ishidaira, Kazunari Nomura, Hiroshi Ikehashi (Japan) QTL-Based Analysis of Heterosis for Grain Shape Traits in Rice (Oryza sativa L.) (pp 30-34)
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ABSTRACT
Invited Mini-Review: To analyze the genetic basis for an enhanced level of heterosis in an intersubspecific rice hybrid, the heterozygotes and homozygotes at each locus should be compared. A set of BC1F1, i.e., indica/japonica//japonica and indica/japonica//indica, were produced and analyzed with simple sequence repeat (SSR) markers to specifically compare the effect of heterozygotes and homozygotes at each QTL locus for grain shape. Rice grain shape traits have shown an extremely wide diversity. In this review, we discuss QTL-based analysis of heterosis for grain shape traits. In the comparison of marker genotypes of AA, Aa and aa, QTLs were detected either between AA and Aa or between Aa and aa, and there is no case in which Aa was superior to AA and aa. In both analyses, each positive effect was contributed from either one of the parents. We concluded that the high level of heterosis in the current indica/japonica hybrids was manifested by a cumulative partial dominance effect of the heterozygotes at many loci and not by overdominance. Then, the set of QTL data for positive effects are considered to be systematically utilized in breeding of parental lines by using molecular markers.
JAPANESE ABSTRACT
広親和性遺伝子の利用によりイネ日印交雑における雑種不稔が解決され、高度のヘテロシスがハイブリッド育種に利用されている。強いヘテロシスが現れる日印交雑後代を用いた研究結果から、我々は日印雑種の高度のヘテロシスは、対立遺伝子の相互作用による超優性効果(Aa>AA)ではなく、多くの座でヘテロの遺伝子型の部分優性の効果が累積されることによって現れると結論した。一方、栽培イネの種子は用途により様々な大きさや形が選抜されてきた為、非常に変異に富んでいる。更に、粒形は収量に密接に関連することから、育種上重要な形質でもある。ヘテロシス利用の観点から粒形に関与するQTLについて、日本型親とインド型親のどちらが正の効果を示す対立遺伝子をもっているのかという情報を整理すれば、分子マーカーの利用による親系統の育成に有用であると考えられる。この総説では、イネにおけるヘテロシスの利用および粒形質を制御する遺伝的メカニズムについて概説し、イネ育種への利用の可能性について議論する。
Naotaka Furuichi, Kazutoshi Yokokawa (Japan) PiP Elicitor and Suppressor from Phytophthora infestans Regulate Ca2+-Dependent Protein Kinase (CDPK) in the Plasma Membranes of Potato (pp 35-38)
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ABSTRACT
Original Research Paper: The relationship between the effect of Ca2+-dependent protein kinase (CDPK) domain-III peptide-antibodies (Abs) raised against CDPK from Arabidopsis thaliana on the hypersensitive response of plant cells was investigated. The effect of peptide elicitor (PiP) and suppressor glucans from Phytophthora infestans on the kinase activity of membrane protein (MP) from potato (R1 gene) was investigated. Stimulation of the kinase activity of the MP with CDPK-Abs but not with pre-immune sera was assumed to be caused by the interaction with CDPK suggesting the presence of the kinase in the MP. It was assumed that the interaction of kinase domain-III peptide-Abs with CDPK in MP might have disengaged the active site of CDPK resulting in an increase in the kinase activity of MP. The PiP and suppressor from P. infestans inhibited the kinase activity of MP, which contained CDPK-Abs. It was suggested that PiP and suppressor might have interacted with the active site resulting in the inhibition of the CDPK activity of MP. We suggest that PiP and suppressor may interact with CDPK of MP initiating the signal, which, in the case of PiP, leads to the occurrence and/or inhibition of HR.
JAPANESE ABSTRACT
Ca2+ 依存型タンパク質キナーゼ（CDPK）キナーゼドメインIIIのペプチド抗体（CDPK-Abs）を作成し、ジャガイモの過敏感反応における役割を検討した。疫病菌の生産するペプチドエリシター（PiP）および過敏感反応抑制因子であるグルカンサプレッサーのCDPKキナーゼ活性における影響を生化学的活性測定により評価した。CDPK-Absは、添加によりジャガイモ細胞膜中のCDPK活性を高めたが、非免疫抗体は影響しなかった。このことはまた、細胞膜中にCDPK-Absが認識する抗原の存在を示唆する。本実験結果は、CDPKキナーゼドメイン（I-XI）中でもドメインIIIが、CDPKキナーゼの活性の調節にかかわる事を示唆した。PiP とグルカンサプレッサーは、CDPK-Absによるジャガイモ細胞膜CDPKの活性化を阻害した。これらの結果は、細胞膜CDPKの活性部位にPiPあるいはグルカンサプレッサーが直接作用する可能性を示唆した。PiPエリシターとグルカンサプレッサーは、CDPKと相互作用を行い、過敏感反応の誘導あるいは阻害作用をCDPKによる調節を介して行うことを示唆した。
Gul Hassan (Pakistan), Muhammad Azim Khan (Canada), Khan Bahadar Marwat, Anwar Nawaz (Pakistan), Saima Hashim (Japan) Efficacy of Some Forest Species Extracts on Wheat and Two Major Weeds in Arid Zone of NWFP (pp 39-42)
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ABSTRACT
Original Research Paper: Studies were undertaken in the Weed Research Laboratory, Department of Weed Science, NWFP Agricultural University, Peshawar, Pakistan to investigate the allelopathic potential of aqueous extracts of the leaves of Prosopis juliflora (Sw.) DC. and Eucalyptus camaldulensis Dehnh. the bark of Acacia arabica (Lam.) Willd. The concentrations studied included 0, 50, 100 and 150 g L-1 (w/v). A check, tap water (0 g L-1) was also included for comparison. The dry plant materials were ground and soaked for 24 hours in water. Ten seeds each of wheat (Triticum aestivum L. em. Thell.), wild oats (Avena fatua L.), and wild safflower (Carthamus oxyacantha (Co. Cr.)) were used. Inhibition varied in all the species tested for all parameters studied, but it affected germination percentage most. C. oxyacantha was the most inhibited species, whereas wheat was the most tolerant. Only 20% of C. oxyacantha seeds as compared to the respective untreated check germinated when exposed to E. camaldulensis at 150 g L-1. All other concentrations of P. juliflora and E. camaldulensis severely inhibited germination of C. oxyacantha. Inhibition of seedling length and biomass was observed at higher concentrations of P. juliflora and E. camaldulensis. A. arabica was the weakest species in terms of its capacity to inhibit the growth parameters of all three test species. These findings reveal that the allopathic potential of the effective species could be exploited for weed management in wheat due to the tolerance of wheat and susceptibility of its related weeds to the extracts.
JAPANESE ABSTRACT
パキスタン、ペシャワールのNWFP農業大学雑草科学科雑草研究室において、Prosopis juliflora (Sw.) DC. および Eucalyptus camaldulensis Dehnh. の葉およびAcacia arabica (Lam.) Willd.の外皮から得られた計3種の水溶性抽出物を用いてアレロパシー活性試験を行った。植物体をそれぞれ乾燥・粉砕し、0, 50, 100 および150 g L-1 (w/v) の各濃度にて24時間水に浸漬し抽出液を得た。比較対照として水道水（0 g L-1）を用いて濃度依存性を調べた。生物試験にはコムギ(Triticum aestivum L. em. Thell.)、野性エンバク(Avena fatua L.)、および野生サフラワー(Carthamus oxycantha (Co. Cr.))の3種の種子を各10粒ずつ用いた。その結果試験植物ごとに、また指標となる全ての試験項目において差異がみられ、中でも発芽率に最も高い影響が認められた。サフラワーが最も強く水溶性抽出物による阻害を被るとともに、逆にコムギが最も高い耐性を示した。E. camaldulensis の抽出液150 g L-1に暴露した場合、サフラワーの発芽率は非処理区と比較してわずか20%にまで低下した。またP. juliflora および E. camaldulensis 抽出液では試験した全ての濃度においてサフラワー種子の発芽に対し著しい阻害活性を示し、幼植物体の伸長および新鮮重の増加の阻害が高濃度域で観察された。A. arabicaの抽出液では生物試験に用いた植物全3種の各成長指標において最も弱い阻害効果を示した。上記の抽出液に対しコムギが耐性を示し、他方コムギ栽培に影響する雑草種が感受性を示したところから、有効なアレロパシー活性を示す植物種を用いて、コムギ栽培における雑草管理技術の開発がなされる可能性があることが明らかとなった。
Kei Shimoda, Eriko Kimura, Hatsuyuki Hamada, Hiroki Hamada (Japan) Production of Curcumin Oligosaccharides by Glycosylation with Parthenocissus tricuspidata (pp 43-45)
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ABSTRACT
Original Research Paper: Curcumin was converted into its oligosaccharides by cultured Parthenocissus tricuspidata cells-catalyzed glycosylation. In addition to curcumin 4'-O-β-glucoside (9%) and curcumin 4',4''-O-β-diglucoside (14%), two curcumin oligosaccharides, i.e., curcumin 4'-O-β-gentiobioside (16%) and curcumin 4'-O-β-gentiobiosyl-4''-O-β-glucoside (3%), were isolated from P. tricuspidata cells treated with curcumin.
JAPANESE ABSTRACT
ウコン（Curcuma longa Linn.）に含まれるcurcuminは、Parthenocissus tricuspidata培養細胞が触媒する配糖化により、オリゴ糖誘導体へ変換された。Parthenocissus tricuspidata培養細胞は、curcuminとインキュベートすることにより、curcuminを4'-O-β-glucoside（9%）と4',4''-O-β-diglucoside（14%）の他、二種類のオリゴ糖である4'-O-β-gentiobioside（16%）と4'-O-β-gentiobiosyl-4''-O-β-glucoside（3%）へ変換する能力を持つことが明らかとなった。
Katsu Imai (Japan) Edible Canna: A Prospective Plant Resource from South America (pp 46-53)
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ABSTRACT
Invited Mini-Review: Edible canna (Canna edulis Ker-Gawl.) is a prospective monocotyledonous plant originated and domesticated in the Andean region and now cultivated in widely scattered locations from subtropical to tropical regions of the world without intensive improvement. The growth habit of this plant is perennial, although its actual life cycle is 7 to 12 months depending on the location of cultivation. The underground organ (rhizome) accumulates substantial starch and is used for foodstuffs such as noodles and biscuits. Investigations on physicochemical properties of edible canna starch are in progress but its utilization has not yet been generalized. The aboveground parts grow up to 3-m tall with large elliptical leaves and occasionally they are used for feeding livestock. Stems initiate and grow from rhizomes directly without branching. Wild plants of this species are seen on the edges of moist thickets so that they grow well on moist soils with a large quantity of mineral nutrient absorption. Photosynthetic characteristics indicate that edible canna is a C3 species adapted to a broad range of light environments and warm temperature and possesses a medium rate of net photosynthesis. After the middle growth stage, stands of edible canna maintain a high leaf area index with a moderately high crop growth rate and its potential productivity is equivalent or superior to that of cassava and potato. However, scientific analytical studies and intensive cultivation practices are limited at present. In this review, the author introduces edible canna’s history, morphogenic characteristics, photosynthesis, dry-matter and starch productivity and utilization and points out the need for multidisciplinary studies toward the future development.
JAPANESE ABSTRACT
食用カンナはアンデス地域起源の多年生単子葉草本で，積極的な改良はほとんど受けることなく，熱帯・亜熱帯各地で小規模に栽培されている。栽培期間は地域により異なり，7～12ヶ月である。根茎はデンプンを含み，その物理的・化学的性質の研究は進んできたが，抽出されたデンプンの用途については，麺類やビスケットの類を除きまだ一般化されていない。高さ3 m にも達する茎葉部は家畜の飼料となる。楕円形の大型の葉を着生する茎は根茎から生じ，分枝はしない。この植物の野生型は自生地では湿気のある林縁に見かけられ，栽培型も多湿の土壌を好み，旺盛に無機養分を吸収する。また，光合成の面からは，多様な光環境と温暖な気候に適応した，中庸な純光合成速度を有する陽生のC3植物である。生育後期の個体群は高い葉面積指数を有し，良好な個体群成長速度を維持することができ，キャッサバやジャガイモに匹敵またはそれを上廻る生産能力を有しているものと考えられるが，科学的な解析研究や集約栽培上における知見がごく限られている。この総説では，食用カンナの来歴，形態形成に関わる特徴，光合成，乾物およびデンプン生産能力，利用の側面等について紹介し，多面的研究開発の必要性を指摘した。 |
