ペチュニア花弁におけるカロテノイドによる淡黄色花色の発現機構

要約

ペチュニア淡黄花品種はカロテノイド酸化開裂酵素遺伝子CCD4aの発現が抑制されているため、カロテノイドの蓄積は可能である。しかし、濃黄色花色の近縁属植物カリブラコアと比較するとカロテノイド生合成活性が低く、また、エステル体キサントフィルの割合が低いため淡黄色となる。

  • キーワード:カロテノイド、CCD4、エステル体キサントフィル、花色、ペチュニア
  • 担当:野菜花き研究部門・花き遺伝育種研究領域・ゲノム遺伝育種ユニット
  • 代表連絡先:029-838-6805
  • 分類:研究成果情報

背景・ねらい

ペチュニアには花弁にカロテノイドが少量蓄積する淡黄色の品種は存在するものの、濃黄色の品種はない。そこで、ペチュニア淡黄花品種、ペチュニア白花品種および近縁属植物であるカリブラコア濃黄花品種の花弁のカロテノイド成分およびカロテノイド代謝関連遺伝子の発現量の比較によってペチュニア淡黄花品種におけるカロテノイドの蓄積を制御する機構を明らかにし、さらに、ペチュニア濃黄花品種の育種に資する。

成果の内容・特徴

  • ペチュニア淡黄花品種の開花当日の花冠のカロテノイド量は12.4～26.5μg/gFWであり、白花品種の5.6～15.6倍である。カリブラコア濃黄花品種の花冠のカロテノイド量はペチュニア淡黄花品種の10.7～22.8倍である(図1)。カロテノイドのうち、水酸基やエポキシ基を持つキサントフィル類が脂肪酸と結合したエステル体は色素体への蓄積効率が高いことが報告されている。花冠に含まれるキサントフィルのうち、エステル体となっている割合はペチュニア淡黄花品種「カリフォルニアガール」で17.7%、カリブラコア濃黄花品種「ティフォシーディープイエロー」で81.2%である(図1)。
  • 花冠におけるカロテノイド生合成系酵素遺伝子の発現は、ペチュニアの淡黄花品種と白花品種を比較すると、全体的に淡黄花品種で高い傾向を示す。特にGGPS, PSYおよびLCYEが淡黄花品種において有意に高い(図2)。ペチュニア淡黄花品種とカリブラコア濃黄花品種を比較すると、PSY, LCYB, LCYE, CHYE/CYP97CおよびZEPにおいてカリブラコアの方が有意に高い(図2)。また、カロテノイドのエステル化に関与するキサントフィルエステル化酵素遺伝子XESの発現量は、ペチュニア淡黄花品種よりもカリブラコア濃黄花品種において有意に高い(図2)。
  • カロテノイドの分解に関与するカロテノイド酸化開裂酵素遺伝子CCD4aはペチュニア白花品種、カリブラコアにおいて発現しているが、ペチュニア淡黄花品種においては発現が検出されない(図2)。ペチュニアの淡黄花品種と白花品種のCCD4aのゲノム配列を調べたところ、淡黄花品種のプロモーター領域および翻訳領域には挿入配列があり、淡黄花品種ではこれが原因でCCD4aの発現が抑制されていると考えられる(図3)。一方、カリブラコア濃黄色品種はCCD4aの発現が検出されるが、ペチュニア白花品種に比べて著しく低い(図2)。カリブラコア濃黄色品種では生合成量が分解量を上回っているために大量のカロテノイドが蓄積すると推測される。
  • 以上の結果から、ペチュニア淡黄花品種においてはカロテノイド分解に関与するCCD4aが発現しないためにカロテノイド蓄積が可能となっているものの、カロテノイド生合成活性やエステル体への変換活性が低いため、淡黄色となっていると考えられる。

成果の活用面・留意点

  • CCD4a遺伝子のゲノム配列中の挿入配列は複数の淡黄花品種において確認されており、花弁にカロテノイドを蓄積する品種の育成に際してマーカーとして利用できる。

具体的データ

図1 ペチュニア白花品種・淡黄花品種およびカリブラコア濃黄花品種の花弁の総カロテノイド量および総キサントフィル量に対するエステル体キサントフィルの割合,図2 ペチュニア白花品種、ペチュニア淡黄花品種およびカリブラコア濃黄花品種の花弁におけるカロテノイド代謝関連遺伝子の発現,図3 ペチュニア白花品種および淡黄花品種のCCD4a遺伝子のゲノム配列の比較

その他

  • 予算区分:交付金、競争的資金(科研費)
  • 研究期間:2013～2018年度
  • 研究担当者:岸本早苗、小田(山溝)千尋、大宮あけみ
  • 発表論文等:
    • Kishimoto S. et al.(2018) Plant Mol. Biol. Rep. 36:632-642
    • Kishimoto S. et al.(2019) Breed. Sci. 69:117-126