ブドウ「ブラジル」のVvMYBA1^BENアレルのDNA脱メチル化によるアントシアニン生合成促進

要約

ブドウ「ブラジル」において、果皮のアントシアニンが高含有で果肉にもアントシアニンが蓄積する原因は、着色遺伝子座のVvMYBA1^BENアレルの特定領域がDNA脱メチル化することで、果皮、果肉のVvMYBA1遺伝子が高発現し、アントシアニン合成系の活性が高まったことによる。

• キーワード : アントシアニン、エピジェネティクス、果実色、脱メチル化、ブドウ
• 担当 : 果樹茶業研究部門・果樹生産研究領域・果樹スマート生産グループ
• 代表連絡先 :
• 分類 : 研究成果情報

背景・ねらい

ブドウの果実色の突然変異(枝変わり)は、アントシアニン生合成を制御する着色遺伝子座のDNA塩基配列の変化(SNPs、挿入、欠失等)により生じたものが複数例報告されているが、「紅高」(果皮:赤色、果肉:無着色)から枝変わりで生じた「ブラジル」(果皮:黒色、果肉:赤色)の着色遺伝子座のDNA塩基配列は同一である。近年、個体間の表現型の変化がDNA塩基配列の変化を伴わずに生じるエピジェネティック制御が様々な植物種で明らかにされている。特にプロモーター領域やレトロトランスポゾンに存在するCpGサイトのDNAメチル化レベルは、近傍遺伝子のエピジェネティック制御(DNAメチル化:発現抑制、DNA脱メチル化:発現促進)に深く関与する。そこで、「紅高」と「ブラジル」のアントシアニン生合成と着色遺伝子座のDNAメチル化レベルとの関係を明らかにする。

成果の内容・特徴

• 収穫時の「ブラジル」果皮のアントシアニン含量は「紅高」の約3.6倍とアントシアニン高含有である(図1A)。「ブラジル」は果肉にもアントシアニンを蓄積する。
• アントシアニン生合成を制御する転写因子遺伝子VvMYBA1の果皮における発現量解析を行うと、着色開始期以降の「ブラジル」の発現量が「紅高」に対し有意に高い(図1B)。「ブラジル」は果肉でもVvMYBA1が発現する。また、VvMYBA1の制御を受けるアントシアニン合成系酵素遺伝子群も「ブラジル」の果皮、果肉で高発現する傾向がある(データ略)。
• 着色遺伝子座に存在し、アントシアニン生合成誘導機能のあるVvMYBA1^BENアレルのプロモーター領域(Set1、Set2)には、DNAメチル化が生じうるCpGサイトが複数箇所存在する(図2)。
• 上記CpGサイトのDNAメチル化レベルを「紅高」と「ブラジル」で比較すると、「紅高」のVvMYBA1^BENアレルが有するレトロトランスポゾンの3'LTR(Long Terminal Repeat)領域に存在するCpGサイトのDNAメチル化レベルは42.4～100%であるのに対し、「ブラジル」の3'LTR領域のDNAメチル化レベルは0.0～48.8%と著しくDNA脱メチル化している(図2)。
• 上記3'LTR領域のDNAメチル化レベルの組織別・経時的解析を行うと、「ブラジル」果皮のDNAメチル化レベルは「紅高」よりも常に低く推移する(図3)。果肉のDNAメチル化レベルは「紅高」では高く推移するのに対し「ブラジル」は果皮と同様に成熟が進むほど低下する。
• 以上のことから、「紅高」と比較して「ブラジル」果皮のアントシアニンが高含有で果肉にもアントシアニンが蓄積する原因の一つとして、「ブラジル」果皮、果肉組織におけるVvMYBA1^BENアレルの3'LTR 領域に存在するCpGサイトがDNA脱メチル化することで「ブラジル」果皮、果肉のVvMYBA1遺伝子の発現量が増加し、アントシアニン合成系の活性が高まったと考えられる(図4)。

成果の活用面・留意点

• ブドウ果実色の新たな制御機構の解明に向けた基礎的知見として有用である。
• ブドウ育種において、VvMYBA1^BENをもつ「ブラジル」を交配親としたアントシアニン高含有で果肉も着色する新たな着色系統の作出に利用できる。
• 「ブラジル」のVvMYBA1^BENアレルの3'LTR領域に存在するCpGサイトがDNA脱メチル化した原因は不明である。

具体的データ

その他

• 予算区分 : 交付金、文部科学省(科研費)
• 研究期間 : 2015～2024年度
• 研究担当者 : 東暁史、小林省藏
• 発表論文等 :
  • Azuma A. et al. (2022) Plant Sci. 322:111341
  • 東ら(2024)園学研、23(別2)、114