2017 Fiscal Year Research-status Report
デルフィニウムの花色多様性に関する液胞内メカニズムの解明
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16K18564
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
宮原 平 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90720889)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | アントシアニン / アントシアニン修飾酵素 / シアノデルフィン / デルフィニウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
濃青色の花色をもつデルフィニウムには 7 位がポリアシル化された複雑な構造のアントシアニンが蓄積している。これまでの結果より、アントシアニンの基本骨格であるデルフィニジンへの糖や有機酸の修飾は主に液胞内環境で起こっていると考えられる。これまでにビオルデルフィンと呼ばれる 7 位が糖と有機酸により直鎖状に修飾された構造を合成する酵素遺伝子群は明らかにしたものの、さらに糖鎖が枝分かれした構造のシアノデルフィンにいたるまでの酵素遺伝子群は不明なままである。このため、本研究ではシアノデルフィンを合成する酵素遺伝子群の同定を目的として研究を行っている。これまでに多くの植物種においてアントシアニン構造に対する修飾酵素遺伝子が同定されているが、グルコースが 3 つ連続して修飾した構造はシアノデルフィンしか報告例がなく、この糖鎖合成の酵素遺伝子の単離は難しいことが予測された。まず先に糖鎖にアシル基や糖を修飾する酵素遺伝子の単離および同定を進めている。
前年度にビオルデルフィンに 2 分子のグルコースが修飾された構造のアントシアニン (ビスデアシルシアノデルフィン) を主要の蓄積物とする品種を同定した。さらにそのアントシアニンを受容体、pHBG をアシル基・糖供与体の基質としてシアノデルフィンを蓄積している品種の花から粗酵素を抽出して、シアノデルフィンまでの構造を合成できるか確認した。その結果、シアノデルフィンやビスデアシルシアノデルフィンに有機酸が結合した反応産物は得られなかった。目的の生成物が得られなかった原因として、アシル基受容体の基質として使用しているビスデアシルシアノデルフィンはシアノデルフィンを合成する際の基質ではないこと、ビオルデルフィンからシアノデルフィンにいたる際のアシル基および糖供与体が pHBG ではないこと、の 2 点が考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ビオルデルフィンを合成する配糖化酵素遺伝子である AA7BG-GT1 (BGGT1), GT2 (BGGT2) の 2 遺伝子が組換え酵素実験により同定されていたが、BGGT1, 2 の両遺伝子の欠損品種が見つかっていなかったため、遺伝学的証明がされていなかった。前年度までに育種家の方の協力により、BGGT1, 2 の二重欠損体品種見つけることができたため、各遺伝子配列および酵素活性を確認し遺伝学的証明を行い論文にまとめた (Ishii et al., J Plant Physiol., 2017)。
次にビオルデルフィンに 2 分子のグルコースが結合したアントシアニンであるビスデアシルシアノデルフィンを恒常的に蓄積しているデルフィニウム品種を同定したため、ビスデアシルシアノデルフィンの単離を行った。まず、シアノデルフィンを合成する酵素遺伝子群の単離・同定としてはじめに糖鎖にアシル基を修飾する酵素遺伝子の同定を目指した。ビオルデルフィンを合成するアシル基転移酵素としてアシルグルコースをアシル基供与体に利用する SCPL2 遺伝子が同定されているため、はじめにビスデアシルシアノデルフィンの糖鎖にアシル基を転移させる酵素が SCPL2 であるか確認を行った。反応の受容体としてビスデアシルシアノデルフィン、アシル基供与体として pHBG を使用し、各品種の花から粗酵素を抽出して酵素活性の検討を行った。その結果、どの品種の粗酵素を使用した場合においても反応生成物の検出にはいたらなかった。反応産物が得られなかった原因として、シアノデルフィンが合成される経路がビオルデルフィンの構造を介さないこと、または反応に必要とするアシル基・糖供与体が pHBG ではないことが推察された。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までに、ビオルデルフィンまでの合成は p-hydoroxybenzoyl-glucose (pHBG) を糖・アシル基の供与体として 1 反応ずつ連続してアントシアニンへの修飾が進むことが確認されている。しかしながら、ビオルデルフィンに 2 分子のグルコースが結合した構造であるビスデアシルシアノデルフィンをアシル基受容体、pHBG をアシル基供与体としてデルフィニウム萼片から抽出した粗酵素液で反応を検討した場合では、ビスデアシルシアノデルフィンにアシル基が結合した構造やシアノデルフィンが反応産物として検出されることはなかった。これは、シアノデルフィンにいたる合成経路が、ビオルデルフィンが合成されてから糖鎖が修飾され、さらにアシル基や糖が修飾されてシアノデルフィンが合成されるのではなく、ビオルデルフィンが合成される前に糖鎖修飾が起こる可能性、もしくは、ビスデアシルシアノデルフィン以降の反応では pHBG は供与体として機能していない可能性が考えられた。これまでの酵素活性の検討から、pHB 基の両端にグルコースが結合した p-glucosyl-benzoyl-glucose (pGBG) もアシル基転移酵素 SCPL2 によって反応に使用されることが確認されており、その場合は p-glucosyl-benzoyl 基がアントシアニンに転移されることが示されている。また、ビスデアシルシアノデルフィンを主要アントシアニンとして蓄積している品種はそれ以降のシアノデルフィンにいたる経路の反応の欠損品種と考えられることから、本来供与体として使用されている基質が蓄積している可能性も考えられる。このため、まず糖鎖修飾が起こる前段階の構造であるデルフィニジン 3-ルチノシド-7-グルコシドを受容体として種々の供与体基質との反応の検討を行い、これまでとは異なる合成経路の存在を調査する。
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