カロテノイド生合成制御機構の解明とそれを応用した新花色花きの創出

• Project/Area Number: 13J40129
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Horticulture/Landscape architecture
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 小田(山溝) 千尋 (2014-2016) 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 野菜花き研究部門 花き遺伝育種研究領域, 特別研究員(RPD); 小田 千尋 (山溝 千尋) (2013) 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 花き研究所 花き研究領域, 特別研究員RPD
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,110,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2016: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: カロテノイド / 転写因子 / クロロフィル / 花色 / yeast one-hybrid

Outline of Annual Research Achievements

花の色は、豊富にあるように思うが、それぞれの品目についてみてみると、色の幅は限られている。新しい花色花きは、商品価値を高めるため、その創出は大きな目標となっている。鮮やかな黄色の花色発現は主にカロテノイドが、緑色はクロロフィルが担っている。カロテノイドとクロロフィルは、多くのステップを経て生合成されることがわかっているが、その制御機構はほとんど明らかになっていない。
多くの植物において、早期のつぼみは黄緑色を呈しており、少量ながらクロロフィルとカロテノイドが蓄積している。花弁の成長・開花に伴って、それらは分解されて、それぞれの花弁の色へと変換される。つぼみの段階で蓄積しているカロテノイドは、鮮やかな黄花に蓄積しているようなエステル体ではなく、葉と同じ組成のカロテノイドが遊離の状態（葉タイプのカロテノイド）で葉緑体に存在している。このつぼみの黄緑色を、開花時まで延長することが出来れば、これまでにない新花色花きの創出につながると考えた。
当初予定していた、カロテノイド生合成酵素遺伝子群だけでなく、カロテノイド分解関連遺伝子、クロロフィル性合成酵素遺伝子群及びクロロフィル分解関連遺伝子群について、その発現を制御する転写因子の探索を行った。最終年度では、シロイヌナズナに置いてクロロフィル代謝を制御している転写因子が、異種植物であるペチュニアにおいても機能を発揮すること、花器官においても機能することを示した。
また、カロテノイド代謝関連遺伝子群の発現を制御する転写因子の同定にも成功し、その転写因子を過剰発現させることで、花弁にカロテノイドを多く蓄積することを明らかにした。
本研究では、花弁にクロロフィル及びカロテノイド代謝を制御する転写因子を導入することにより、花色改変が可能であることを示した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The NAC transcription factor ANAC046 is a positive regulator of chlorophyll degradation and senescence in Arabidopsis leaves. (2016)
  • Author(s): Oda-Yamamizo C, Mitsuda N, Sakamoto S, Ogawa D, Ohme-Takagi M, Ohmiya A.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 23609-23609
  • DOI: 10.1038/srep23609
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Knockdown of Carotenoid Cleavage Dioxygenase 4 (CCD4) via Virus-Induced Gene Silencing Confers Yellow Coloration in Peach Fruit: Evaluation of Gene Function Related to Fruit Traits (2015)
  • Author(s): Songling Bai, Pham Anh Tuan, Miho Tatsuki, Hideaki Yaegaki, Akemi Ohmiya, Chihiro Yamamizo and Takaya Moriguchi
  • Journal Title: Plant Molecular Biology Reporter Volume: 33 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1007/s11105-015-0920-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of genes associated with chlorophyll accumulation in flower petals. (2014)
  • Author(s): Akemi Ohmiya, Masumi Hirashima, Masafumi Yagi, Koji Tanase, Chihiro Yamamizo
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 9(12) Issue: 12 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0113738
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] キクの葉及び花弁におけるクロロフィル関連遺伝子の発現解析 (2017)
  • Author(s): 大宮あけみ・佐々木克友・奈島賢児・小田（山溝）千尋・平島真澄・住友克彦
  • Organizer: 園芸学会
  • Place of Presentation: 日本大学生物資源科学部（神奈川県藤沢市）
  • Year and Date: 2017-03-19
• [Presentation] カロテノイド合成酵素遺伝子群合成酵素遺伝子群の過剰発現によるアサガオの花色改変 (2016)
  • Author(s): 渡辺健太・山溝千尋・小野公代・大宮あけみ・小野道之
  • Organizer: 分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] クロロフィル分解関連遺伝子の発現を制御する転写因子を用いたペチュニアの花色改変 (2015)
  • Author(s): 小田（山溝）千尋・能岡 智・光田展隆・大宮あけみ
  • Organizer: 園芸学会平成27年度秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2015-09-26
• [Presentation] クロロフィル分解関連遺伝子の発現を制御する転写因子の探索 (2015)
  • Author(s): 小田（山溝）千尋、光田展隆、坂本真吾、小川大輔、高木優、大宮あけみ
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（世田谷キャンパス）
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18