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2014年03月14日
花の色素合成に関わり、花の色を濃くする新しいタンパク質を発見 〜新しい価値を持った花や果実の品種改良につながる可能性〜

自然科学研究機構 基礎生物学研究所

サントリーグローバルイノベーションセンター株式会社

 

 花の多くはアントシアニンという色素によって彩られています。このアントシアニンを生産する効率を高めて、花の色を濃くする新しいタンパク質を、基礎生物学研究所の森田裕将(モリタ ヤスマサ)研究員(現香川大学)、星野敦助教らは、サントリーグローバルイノベーションセンター株式会社、農研機構花き研究所などと共同で発見しました。この成果は、3月14日に植物学専門誌The Plant Journal電子版に掲載されます。

 

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図1 EFPタンパク質が働いていないアサガオの突然変異体(左)と正常なアサガオ(右)

 

【研究の背景】

 アントシアニンは赤から青色を示す色素で、花や果実に含まれています。また、アントシアニンはフラボノイドと呼ばれるポリフェノールの一種で、その抗酸化作用がよく知られています。花の色の濃さはアントシアニンの含まれる量によって決まり、多く含まれるほど色が濃く鮮やかになります。花の発色機構の解明を目指して、研究グループはまずアサガオを使って研究を進めました。

 

【研究の成果】

 アサガオは突然変異が起こりやすい植物であることが知られています。研究グループは、アントシアニンの量が減ることで淡い色になったアサガオの突然変異体(図1左)を見つけ、この突然変異体を調べることで、本来の濃い花の色(図1右)を作りだしているタンパク質を探索しました。

 タンパク質の探索は、タンパク質の設計図であるDNAの塩基配列を、突然変異をおこす塩基配列を目印にして捜す独自の方法で行いました。その結果、アントシアニンの生産効率を高めて、花の色を濃くしているタンパク質が見つかり、EFP(Enhancer of Flavonoid Production(フラボノイド生産促進因子))と名付けました。EFP は、EFPが働かない場合に比べてアントシアンの生産効率を3倍程度に高めていました。次に研究グループは、このEFPがヒルガオ科のアサガオだけでなくナス科の園芸植物であるペチュニアとアゼナ科のトレニアにも存在し、それらの働きを抑えると薄い花が咲くことを明らかにしました。このことからEFPは多様な植物で同じように働いていることが示されました(図2)。さらに、EFPがアントシアニンだけでなく、ほかにも無色のフラボノイド(フラボンとフラボノール)を作る効率も高めていることが分かりました。

 

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図2 EFPの働きを抑えて色が薄くなったペチュニア(左)とトレニア(右)。それぞれの左側がEFPを押さえる前の濃い着色の花。

 

【今後の展望】

 EFPタンパク質の研究を進めることで、植物がフラボノイドなどの物質生産を効率化する仕組みを理解することが可能です。また、アントシアニンやフラボノイドの含有量を多くしたり、少なくしたりすることで、新たな価値をもった花や果実の品種開発に応用されることが期待されます。

 

【より専門的な解説】

 フラボノイドは植物の主要な色素で、その生合成経路(図3)は詳しく調べられています。EFPの機能が欠損したアサガオ(図1左)や、機能を抑制したペチュニアとトレニアの花では、アントシアニンだけでなく、フラボンまたはフラボノールの蓄積量も低下します。このことからEFPは、フラボノイド生合成経路の上流部分を活性化していると思われます(図3)。

 EFPはフラボノイド生合成経路の上流で働いているCHI(カルコン異性化酵素)に類似したアミノ酸配列をもち、タイプIV CHIに分類されます。CHIはタイプIからIVまでが存在します。このうち、タイプIとIIだけにCHIとしての酵素活性があり、タイプIII CHIは脂肪酸に結合することが分かっていますが、タイプIV CHIの働きは分かっていませんでした。アサガオでもCHI(タイプI CHI)を欠いた突然変異体はアントシアニンを合成できませんので、EFPがCHIの酵素として働いていないことは明らかです。

 EFPの機能が発揮されるメカニズムについては、フラボノイド生合成経路の酵素をタンパク質レベルでの調節している可能性が示唆されています。今後、EFPの機能発現のメカニズムを解明すれば、植物が代謝経路を調節する仕組みの理解を深化することができそうです。一方、EFP(タイプIV CHI)はCHI(タイプIとタイプII CHI)よりも起源が古く、EFPからCHIが派生したと考えられています。今回の発見は、フラボノイド生合成経路の進化を知るうえでも重要な貢献を果たせそうです。

 

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図3 フラボノイドの生合成経路

 

【発表雑誌】

The Plant Journal 2014年3月14日 電子版にて先行発表

論文タイトル:

A chalcone isomerase-like protein enhances flavonoid production and flower pigmentation

著者:

Yasumasa Morita, Kyoko Takagi, Masako Fukuchi-Mizutani, Kanako Ishiguro, Yoshikazu Tanaka, Eiji Nitasaka, Masayoshi Nakayama, Norio Saito, Takashi Kagami, Atsushi Hoshino, and Shigeru Iida

 

【研究サポート】

本研究は、日本学術振興会科学研究費助成事業(科研費)基盤研究、農研機構運営費交付金プロジェクト研究「実用遺伝形質の分子生物学的解明による次世代作物育種」などの支援を受けて実施されました。

 

【本研究に関するお問い合わせ】

基礎生物学研究所 多様性生物学研究室

助教:星野 敦(ホシノ アツシ)

TEL: 0564-55-7534

E-mail: hoshino@nibb.ac.jp

 

サントリーグローバルイノベーションセンター株式会社

上席研究員:田中 良和(タナカ ヨシカズ)

TEL: 075-962-2204

E-mail: Yoshikazu_Tanaka@suntory.co.jp

 

【報道担当】

基礎生物学研究所 広報室

〒444-8585 愛知県岡崎市明大寺町字西郷中38

TEL: 0564-55-7628

FAX: 0564-55-7597

E-mail: press@nibb.ac.jp