トマトの野生種が有する高糖度遺伝子の単離と高糖度化機構の解明

• Project/Area Number: 14J02336
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Horticultural science
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 池田 裕樹 東北大学, 農学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,170,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 野菜 / トマト / 果実 / 糖度 / 量的形質 / トランスクリプトーム解析 / メタボローム解析

Outline of Annual Research Achievements

トマトをはじめとする多くの果実における重要な品質決定要因として、果実中に含まれる糖が挙げられる。しかし果実の糖度は量的形質であることから、果実を高糖度化する遺伝子の単離やメカニズムの解明は容易ではない。トマトの栽培種S. lycopersicum cv. M82の第8染色体の一部を、野生種S. pennelliiの染色体に置換した染色体断片置換系統IL8-3は、M82に比べて果実が高糖度化する。そこで本研究は、S. pennelliiが有する高糖度遺伝子の単離と、IL8-3の果実が高糖度となるメカニズムの解明を目的に進めた。
S. pennelliiの高糖度遺伝子を単離するためにマップベースクローニングを行ったところ、トマトの高糖度化に寄与すると考えられる有力な候補遺伝子を第8染色体上にいくつか見出すことができた。またトランスクリプトーム解析を行うことにより、IL8-3では細胞壁インベルターゼ遺伝子やスクロース合成酵素遺伝子などの糖代謝に重要な遺伝子の発現が、M82よりも高いことが明らかとなった。さらにメタボローム解析でトマト果実の高品質化に寄与する物質の代謝変動を解析したところ、果実に含まれる248代謝物の変動を明らかにすることができた。これらの代謝物について主成分分析と階層クラスタリングを行ったところ、開花後10日目と30日目の果実はM82とIL8-3で代謝物の変動パターンが似ていたが、20日目と成熟期の果実では大きく異なっていた。したがって、IL8-3では比較的小規模な染色体の置換が代謝に大きな影響を及ぼし、その影響が開花後20日目と成熟期の果実で特異的に現れることが明らかとなった。またIL8-3の成熟期の果実では、アミノ酸や機能性に関わる物質など、種々の有用成分がM82よりも増加していることも明らかとなった。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Dynamic metabolic regulation by a chromosome segment from a wild relative during fruit development in a tomato introgression line, IL8-3 (2016)
  • Author(s): H. Ikeda, T. Shibuya, S. Imanishi, H. Aso, M. Nishiyama and Y. Kanayama.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ionomic Analysis of Horticultural Plants Reveals Tissue-specific Element Accumulation (2015)
  • Author(s): Tomoki Shibuya, Toshihiro Watanabe, Hiroki Ikeda, Yoshinori Kanayama
  • Journal Title: The Horticulture Journal Volume: 84 Issue: 4 Pages: 305-313
  • DOI: 10.2503/hortj.MI-058
  • NAID: 130005105344
  • ISSN: 2189-0102, 2189-0110
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of an uncharacterized aldo-keto reductase gene from peach and its role in abiotic stress tolerance (2014)
  • Author(s): Y. Kanayama, R. Mizutani, S. Yaguchi, A. Hojo, H. Ikeda, M. Nishiyama, K. Kanahama
  • Journal Title: Phytochemistry Volume: 104 Pages: 30-36
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2014.04.008
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Analysis of tomato introgression lines with increased Brix and flavor volatiles (2015)
  • Author(s): H. Ikeda
  • Organizer: Tohoku University-Russian Academy Joint Seminar on Education and Research in High-Tech for Plant Production
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2015-11-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] トマトの染色体断片置換系統における果実の発育段階別のオミクス解析 (2014)
  • Author(s): 池田裕樹，今西俊介，金浜耕基，金山喜則
  • Organizer: 園芸学会平成26年度秋季大会
  • Place of Presentation: 佐賀県佐賀市
  • Year and Date: 2014-09-27 – 2014-09-29
• [Presentation] トマトの染色体断片置換系統を用いた尻腐れ果の発生抑制に関する研究 (2014)
  • Author(s): 池田裕樹，金浜耕基，金山喜則
  • Organizer: 園芸学会東北支部会
  • Place of Presentation: 青森県弘前市
  • Year and Date: 2014-08-27 – 2014-08-28
• [Presentation] Analysis of a tomato introgression line with increased Brix and functional components (2014)
  • Author(s): H.Ikeda, K. Shirasawa, N. Imoto, K.Kanahama, Y.Kanayama
  • Organizer: The 29th International Horticultural Congress
  • Place of Presentation: Brisbane, Austraria
  • Year and Date: 2014-08-17 – 2014-08-22
• [Presentation] A tomato introgression line shows tolerance to salt stress and blossom-end rot (2014)
  • Author(s): H.Ikeda, A. Uozumi, H. Akiyama, K.Kanahama, Y.Kanayama
  • Organizer: The 29th International Horticultural Congress
  • Place of Presentation: Brisbane, Austraria
  • Year and Date: 2014-08-17 – 2014-08-22
• [Presentation] Analysis of a tomato introgression line, IL8-3, with increased Brix content using the whole-genome sequence (2014)
  • Author(s): H.Ikeda, Y.Kanayama
  • Organizer: The 9th International Conference on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure/System Biology
  • Place of Presentation: Novosibirsk, Russia
  • Year and Date: 2014-06-23 – 2014-06-28
  • Invited
• [Presentation] Metabolome and transcriptome analysis of a tomato introgression line containing a Solanum pennellii chromosome segment (2014)
  • Author(s): Y.Kanayama, H.Ikeda
  • Organizer: The 9th International Conference on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure/System Biology
  • Place of Presentation: Novosibirsk, Russia
  • Year and Date: 2014-06-23 – 2014-06-28
  • Invited
• [Book] Blossom-End Rot in Fruit Vegetables. In: Y. Kanayama and A. Kochetov (eds.). Abiotic Stress Biology in Horticultural Plants (2015)
  • Author(s): H.Ikeda, Y.Kanayama
  • Total Pages: 220
  • Publisher: Springer Japan