Flower color modification through interaction between B-ring glycosylated delphinidins and flavonols in Eustoma grandiflorum

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K06026
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 野田 尚信 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, 上級研究員 (10455313)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 圭一 鹿児島大学, 農水産獣医学域農学系, 准教授 (30305164) ; 橋本 文雄 鹿児島大学, 農水産獣医学域農学系, 教授 (70244142)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: トルコギキョウ / 花色 / アントシアニン / グルコシル化 / フラボノール / コピグメンテーション

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者らは、デルフィニジン型アントシアニンのB環３′位および５′位水酸基を共にグルコシル化することでキクの花色を青に改変できることを明らかにした。この青色化は、Ｂ環配糖化デルフィニジン色素と花弁内在のフラボン配糖体との分子間相互作用（分子間コピグメンテーション）による。フラボン配糖体は、アントシアニンと共存することで青を発色させる助色素（コピグメント）として機能している。
一方、同じフラボノイド類のフラボノール配糖体も助色素として機能し、B環配糖化デルフィニジン色素と生体内で共存すると青を発色する可能性が試験管内の実験で示唆された。すなわち、内在アントシアニンをフラボノール配糖体等と分子間コピグメンテーションを生じ得る化学構造に改変することで、トルコギキョウを青くできる可能性がある。この仮説を証明するために、フラボノールを花弁に蓄積するトルコギキョウに、B環配糖化アントシアニン合成に必要となるチョウマメのA3’5’GT遺伝子等の遺伝子を導入し、生体内で検証するために研究を開始した。
まず、チョウマメ由来のA3′5′GT遺伝子をトルコギキョウの花弁で適切に発現・制御する手法を明らかにする必要がある。そこで、チョウマメA3′5′GT遺伝子をトルコギキョウで機能させるために適切なプロモーターを明らかにするための導入遺伝子コンストラクトを作製した。またチョウマメA3′5′GTの基質特異性を考慮すると、アントシアニン３位の配糖化、および５位の配糖化とアシル化の状態も改変が必要と考えられたため、それらを制御するコンストラクトも作製し、遺伝子導入実験を開始した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

構成的発現を誘導するプロモーター２種類と花弁特異的発現を誘導するプロモーター１種類を用いて、チョウマメA3′5′GTを発現させるコンストラクト３種類に加え、アントシアニン3-ガラクトシル基転移酵素遺伝子（A3GalT）とアントシアニン5-グルコシル基転移酵素遺伝子（5GT）の発現抑制するためのカセット等をチョウマメA3′5′GTの発現カセットと組み合わせたプラスミド３種類を作製した。合計６種類の遺伝子導入プラスミドを用い、F1パープルサム自殖後代（紫色花）を植物材料に用い、主にフローラルディップ法による遺伝子導入を行い、形質転換体の作出を進めた。得られた形質転換種子の選抜を順次行っている。

Strategy for Future Research Activity

2020年度～2021年度には、主に形質転換トルコギキョウの作出と解析および評価を行う。得られた形質転換体の花色、導入遺伝子の発現や花弁に含まれる色素の解析を行い、評価を行うことで、花弁アントシアニンのB環配糖化を可能にする導入遺伝子の組み合わせと、その発現制御に適したプロモーターを明らかにする。新たに合成されたB環配糖化デルフィニジン色素を持つ形質転換トルコギキョウが早期に得られた場合、フラボノール配糖体との分子間コピグメンテーションによりトルコギキョウ花弁で青色を生じるか検証する。一方で、B環配糖化デルフィニジン色素を持つトルコギキョウ形質転換体の獲得が順調に進まない場合は、形質転換方法の改変や、導入遺伝子コンストラクトの改良を行う。

Causes of Carryover

はじめに用いる遺伝子導入コンストラクトの作製が順調であり、当初計画よりも安価で完成したため、その経費は次年度の形質転換体作出実験の経費および、その結果次第により新たに作製することが予想される遺伝導入コンストラクトの作製経費とした。