2021 Fiscal Year Annual Research Report
トウガラシにおけるカプサイシン生合成の種・組織特異性の打破と成分育種展開
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21H02187
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田中 義行 京都大学, 農学研究科, 准教授 (20704480)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 翔 京都大学, 農学研究科, 助教 (10722001)
杉山 立志 東京農業大学, 農学部, 准教授 (30377270)
古旗 賢二 城西大学, 薬学部, 教授 (70275105)
佐野 香織 城西大学, 理学部, 准教授 (70612092)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | トウガラシ / ナス科 / カプサイシン / ゲノム / 遺伝子組換え |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カプサイシン類の含量の異なる2系統について、果皮および隔壁・胎座組織のトランスクリプトームおよび成分組成を比較し、隔壁・胎座だけでなく果皮でも生合成遺伝子が発現することが高含量化に関与することを明らかにした。組織形態観察により、高含量系統では、隔壁・胎座のより広い範囲に生合成細胞が分布していることを明らかにし、その違いを定量化した。より正確に生合成細胞存在領域を算定するため、CTスキャナーで３次元構造からその領域を検出することを試みた。
カプサイシン合成経路においてバニリン（V）からバニリルアミン（VA）の合成を担う酵素遺伝子pAMTについて、酵素活性の調査を行った。トウガラシのリコンビナントpAMTを大腸菌で作成し、これにVA合成活性があることを示した。辛味の異なるいくつかのトウガラシ系統のpAMTアミノ酸配列を比較し、酵素活性に関与しうるアミノ酸残基を同定した。またトウガラシpAMTの起源について知見を得るために、pAMTと他の植物GABA-Tの系統解析を行い、トウガラシpAMTがナス科特異的な細胞質局在GABA-Tの一種であることを示した。さらにトマトやホオズキなど近縁ナス科植物とトウガラシの比較ゲノム解析から、細胞質局在GABA-Tはナス科特異的なゲノム領域におけるGABA-Tの遺伝子重複に由来することを示した。また、VA合成活性はシロイヌナズナやトマトGABA-Tのリコンビナントタンパク質にも認められたことから、トウガラシpAMTのアミノ酸配列でなく、胎座・隔壁特異的に発現することがpAMTがカプサイシン合成に関与する上で重要であると考えられた。
トマトやホオヅキと比較して、トウガラシにより近縁なナス科植物を今後の解析に用いるために、ロングリードシークエンサーにより塩基情報を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
カプサイシン類の含量の異なる2系統の比較解析については、順調に解析が進み、生合成細胞の分布領域違いが高含量化の原因であることが示された。
pAMTについては、組換えタンパク質を用いた酵素活性測定が成功し、トウガラシpAMTと他植物のpAMTオーソログとの酵素活性を比較できた。また近縁ナス科植物とのゲノム解析により、カプサイシン合成経路に特徴的なバニリルアミン合成反応の成立過程について考察を加えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
カプサイシン類の含量の異なる2系統について、交雑集団を用いた遺伝解析・発現解析・組織形態の比較を行うことにより、カプサイシン類の高含量化に関与する遺伝子を明らかにし、高含量化のメカニズムを明らかにする。果実形態の３次元構造解析についてはCTスキャナーの条件検討に加えて、MRIなど他の方法も含めて手法の検討を続ける。
pAMTについては、各種トウガラシ系統、ナス科近縁種、さらにアミノ酸に置換したリコンビナントpAMTを作製し、VA合成活性を比較する。さらにpAMTの結晶構造解析にも取り組む。これらによりVA合成活性に重要なアミノ酸の位置および種類を同定し、トウガラシ系統間でのカプサイシン合成量の違いやpAMTの酵素特性を明らかにする。さらにpAMTの胎座・隔壁特異的な発現パターンに関わる領域を明らかにするためにGUS染色によるプロモーター解析を行う。また胎座抽出液および候補遺伝子のリコンビナントタンパク質を用いて、カプサイシン合成経路上のバニリン合成酵素遺伝子の単離を目指す。
ゲノムが未報告の近縁種についてはシーケンスデータのアセンブリを進めることにより、ゲノム配列を決定する。本近縁種とトウガラシの比較ゲノム解析および比較トランスクリプトーム解析によりカプサイシン合成経路の成立過程を考察する。
複数のカプサイシン合成経路の酵素遺伝子を過剰発現する形質転換体（シロイヌナズナ・タバコ）を作出する。成分組成を野生型と比較することにより、カプサイシンや前駆体の生合成能を他の植物に付与できるかを調査する。
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