キサントフィルエステラーゼ遺伝子の異種発現がペチュニアの花冠におけるカロテノイド蓄積に影響を与えている

Heterologous expression of xanthophyll esterase genes affects carotenoid accumulation in petunia corollas.

• Sanae Kishimoto
• Chihiro Oda-Yamamizo
• Akemi Ohmiya

抄録

花びらに含まれるカロテノイドの大部分はキサントフィルであり、このキサントフィルの多くは脂肪酸とエステル化されている。ペチュニア（Petunia x hybrida）は観賞用植物として重要な植物であるが、カロテノイドを十分に蓄積することができず、深黄色の花を咲かせることができない。これまでの研究では、ペチュニアの花冠にはエステル化活性が低いためにカロテノイドの蓄積量が少ないことが示唆されていた。本研究では、ペチュニアの花びらに含まれるキサントフィルエステラーゼ（XES）を導入し、ペチュニアの花冠のカロテノイド蓄積量に影響を与えるかどうかを調べた。カロテノイドの含有量とエステル化キサントフィルの割合は、XES過剰発現形質転換体(XES-OX)の花冠において上昇した。発現解析の結果、XES-OX 形質転換体では、内因性カロテノイド生合成遺伝子であるゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素2、ζ-カロテン脱飽和酵素、リコピンβ-リングシクラーゼの転写レベルが上昇していた。さらに、エステル化したキサントフィルの組成にはXES-OX植物間で差があることを発見し、これはそれぞれのXESの基質特異性の違いに起因すると考えられた。以上のことから、エステル化はカロテノイドの蓄積に重要なプロセスであり、XESは花びらのカロテノイド蓄積を定量的・定性的に制御するための有用なツールであると結論づけた。

The majority of carotenoids in petals are xanthophylls and most of these xanthophylls are esterified with fatty acids. Although petunia (Petunia x hybrida) is an important ornamental plant, it cannot accumulate enough carotenoids to have deep-yellow flowers. Our previous study suggested that low esterification activity causes low carotenoid accumulation in petunia corollas. Here, we introduced xanthophyll esterase (XES) from the petals of Ipomoea obscura, tomato (Solanum lycopersicum), and marigold (Tagetes erecta) into a pale-yellow-flowered cultivar of petunia to see whether these affect carotenoid accumulation in petunia corollas. Carotenoid contents and the proportions of esterified xanthophylls were elevated in the corollas of XES-overexpressing (XES-OX) transformants. Expression analysis showed that the transcript levels of endogenous carotenoid biosynthetic genes, which included geranylgeranyl diphosphate synthase 2, ζ-carotene desaturase, and lycopene β-ring cyclase in corolla tubes were upregulated in XES-OX plants. In addition, we discovered a difference in the composition of esterified xanthophylls among XES-OX plants, which may be caused by differences in the substrate specificity of their respective XESs. We conclude that esterification is an important process for carotenoid accumulation and XES is a useful tool for the quantitative and qualitative control of carotenoid accumulation in petals.