アジサイの花色発現機構の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12045234
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 近藤 忠雄 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 教授 (70093028)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 久美 名古屋大学, 大学院・人間情報研究科, 助教授 (90210690)
• Keywords: アジサイ / 花色変異 / 微小電極 / 顕微分光 / アルミニウムイオン / ミクロHPCL / プロトプラスト / デルフィニジン

Research Abstract

アジサイの花色変異機構の解明
19世紀以来の課題であったアジサイの生きた花の発色と変異機構を、はじめて化学的に明らかにした。
本研究では、萼片から有色プロトプラストを得る方法を開発し、一色素細胞でのpH測定と色素成分の超微量分析に成功し、細胞内での発色条件を決定し、色再構築実験によって一細胞レベルでの発色-組成-pHの相関を決定し、赤色と青色アジサイの発色の仕組みを明らかにできた。
アジサイの色素成分を萼片から抽出、単離し、アントシアニンとして、デルフィニジン-3-グルコシドシド(Dp3-G)、コピグメントとして、イソクロロゲン酸(5CQ)、P-クマロイルキナ酸(5pCQ)、クロロゲン酸(3CQ)を得た。金属分析で得た結果をもとに色再構築実験から中心金属がアルミニウムイオンであることを決定した。また、発色とアントシアニンと共存する助色素のキナ酸誘導体や金属イオンの組成比とpHの関係を色再現実験によって明らかにした。青色発色には、pHが3.8で5CQ、5pCQとAl3+が必須であること、赤色では、pH3.5以下であることが条件であった。
個々の細胞は、プロトプラスト化して、それぞれの有色細胞をマイクロマニュピュレーターを用いて分離した。生きた一細胞の吸収スペクトルは、顕微分光法によって測定し、同細胞を新に開発した細胞内イオン電極でpH測定した。新に開発したミクロHPLCによって、一細胞で色素成分分析に成功した。また、Al3+は同色の30個を用いて分析した。青色アジサイ発色は、液胞pHが3.9で、成分組成比、Dp3-G:5CQ:5pCQ:3CQ:Al3+=1:7:3:9:1であり、赤色ではpHが3.2で、比は、1:2:1:16:0.01であった。これらは、in vitroでの再構成実験で再現できた。ここに、はじめて、アジサイの発色と変異機構を明らかにすることができた。

Research Products

• [Publications] Tadao Kondo: "Chiral Molecular Recognition on Formation of a Metalloanthocyanin : A Supramolecular Metal Complex Pigment from Blue Flowers of Salvia Patens"Angew.Chem.Int.Ed. 40. 894-897 (2001)
• [Publications] Kumi Yoshida: "Prevention of UV-light Induced E,Z-isomerization of Caffeoyl Residues in the Diacylated Anthocyanin, Gentiodelphin, by Intramolecular Stacking"Tetrahedron Letters. 43. 6181-6184 (2002)
• [Publications] Kumi Yoshida: "Structure of Muscarinin A, an Acylated Anthocyanin, from Purplish Blue Spicate Flower Petals of Muscari arumeniacum"ITE Letters. 3. 35-38 (2002)
• [Publications] Kin-ichi Oyama: "A Novel and Convenient Chemoselective Deprotection Method for Both Silyl and Acetyl Groups on Acidic Hydroxyl Groups Such as Phenol and Carboxylic Acid by Using a Nitrogen Organic Base, 1,1,3,3-Tetramethylguanidine"Organic Letters. 5. 209-212 (2003)
• [Publications] Kumi Yoshida: "Influence of E, Z-isomerization and Stability of Acylated Anthocyanins under the UV Irradiation"Biochemical Engineering Journal. (印刷中). (2003)
• [Publications] Yuki Toyama-Kato: "Analysis of Metal Elements of Hydrangea Sepals at Various growing Stages by ICP-AES"Biochemical Engineering Journal. (印刷中). (2003)
• [Publications] Kumi Yoshida: "Sepal Color Variation of Hydrangea macrophylla and Vacuolar pH Measured with a Proton-Selective Microelectrode"Plant Cell Physiol. 44(印刷中). (2003)
• [Publications] Rikke Norbaek: "Flavone C-Glycoside, Phenolic Acid, and Nitrogen Contents in Leaves of Barley Subject to Organic Fertilization Treatments"Journal of Agricultural and Food Chemistry. (印刷中). (2003)