アサガオ花弁におけるカロテノイド生合成系酵素遺伝子の発現解析

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要約

アサガオの花弁では、カロテノイドの生合成に関わる酵素遺伝子の発現が低く抑えられている。特にβ-カロテン水酸化酵素遺伝子の発現は顕著に低く、花弁にカロテノイドが蓄積されるためには水酸基が付加されることが重要である。

• キーワード:アサガオ、カロテノイド、カロテノイド生合成酵素、花色、遺伝子発現
• 担当:花き研・新形質花き開発研究チーム
• 代表連絡先:電話029-838-6813
• 区分:花き
• 分類:研究・参考

背景・ねらい

黄色の花は自然界で最も多いと言われているが、園芸用花きの中には黄花品種がない品目が多々ある。アサガオは黄花系統が存在しない代表的な花きの一つで、交雑育種により黄花アサガオを作出する試みがされてきたが成功していない。アサガオと同じイポメア属植物のなかには花弁にカロテノイドを蓄積する種が存在する(黄花イポメア;Ipomoea sp.)。本研究では、カロテノイドの蓄積に関与する酵素遺伝子の発現をアサガオと黄花イポメアで比較し、アサガオにカロテノイドが蓄積しない要因を明らかにする。

成果の内容・特徴

• アサガオ(Q0261)および黄花イポメアのつぼみ(stage1)には、葉と同じ組成のカロテノイドが検出される。アサガオの開花した花弁(stage4)ではカロテノイドが検出されない。黄花イポメアの開花した花弁(stage4)におけるカロテノイド組成は、ゼアキサンチン、β-クリプトキサンチンおよびβ-カロテンが主成分で、葉におけるカロテノイド組成とは異なる(図-a)。
• 黄花イポメアの葉に含まれるカロテノイドは遊離の状態で存在しているのに対し、開花した花弁に含まれるカロテノイドはエステル化された状態で存在している(データ未掲載)。
• 白花アサガオでは、解析したすべての生合成酵素遺伝子(イソペンテニル2リン酸異性化酵素、ゲラニルゲラニル2リン酸合成酵素、フィトエン合成酵素、フィトエン不飽和化酵素、ζ-カロテン不飽和化酵素、カロテノイド異性化酵素、リコペンε環化酵素、リコペンβ環化酵素、β環水酸化酵素)の発現が黄花イポメアと比較して低い傾向が認められる(データ未掲載)。特にβ-カロテン水酸化酵素遺伝子(CHYB)の発現が顕著に低い(図-b)。
• カロテノイド酸化開裂酵素遺伝子は、白花アサガオおよび黄花イポメアともにわずかに発現しており、カロテノイド蓄積量との間に相関は認められない(データ未掲載)。
• これらの結果から、白花アサガオにおいて花弁にカロテノイドが蓄積しない要因は、生合成系が機能していないためであると考えられる。特にエステル化に必要な水酸基を付与する働きがあるCHYBが、花弁におけるカロテノイドの蓄積制御に重要である。

成果の活用面・留意点

• 遺伝子組換えで黄花アサガオを作出する際の基礎的知見となり得る。
• 生合成酵素遺伝子の発現を花弁特異的に抑制している転写因子が欠損している可能性がある。転写因子の特定が今後の課題である。

具体的データ

その他

• 研究課題名:花きの花色改変等新形質付与技術の開発
• 課題ID:221k
• 予算区分:交付金プロ(実用遺伝子)
• 研究期間:2006～2009年度
• 研究担当者:大宮あけみ、岸本早苗、山溝千尋
• 発表論文等:Yamamizo C. et al. (2010) J. Exp. Bot. 61:709-719