リコピン-サイクラーゼのタンパク質量の減少は、家畜化されたスイカの果肉の赤色化に寄与している

Decreased Protein Abundance of Lycopene -Cyclase Contributes to Red Flesh in Domesticated Watermelon.

• Jie Zhang
• Honghe Sun
• Shaogui Guo
• Yi Ren
• Maoying Li
• Jinfang Wang
• Haiying Zhang
• Guoyi Gong
• Yong Xu

抄録

リコピンを蓄積する赤身のスイカ（）は、白身のスイカの祖先から選抜されて家畜化された。しかし、この形質の分子基盤はまだよくわかっていない。我々は、マップベースのクローニングとトランスジェニック解析を用いて、スイカの果肉色を制御するリコピンβ-サイクラーゼ（）遺伝子を同定した。この遺伝子をダウンレギュレーションすると果肉の色が淡黄色から赤色に変化し、赤枠線で過剰発現すると果肉の色がオレンジ色に変化することがわかった。果肉色の異なるスイカ211株を用いて一塩基多型を解析したところ、3つのハプロタイプ（ 、 、 、 ）の間に2つのミスセンス変異が選択され、大きく固定されていることが明らかになった。これら3つのハプロタイプに由来するタンパク質は、リコピンからβ-カロテンへの変換を触媒するためにプラスチッドに局在し、同様の触媒能力を示した。その結果、転写産物の量ではなく、ClLCYBタンパク質の量がリコピン蓄積量と負の相関関係にあることを明らかにした。ClLCYB遺伝子組換えシロイヌナズナ()系統では、ハプロタイプ間で異なるClLCYBタンパク質分解量が認められた。プロテアソーム阻害剤MG132で処理した後、ClLCYBの濃度は他のClLCYBタンパク質と比較して顕著に増加した。これらの結果は、天然のミスセンス変異がClLCYBタンパク質の豊富さに影響を与え、家畜化されたスイカの赤い肉色の発生に寄与していることを示している。

Red-fleshed watermelons () that accumulate lycopene in their flesh cells have been selected and domesticated from their pale-fleshed ancestors. However, the molecular basis of this trait remains poorly understood. Using map-based cloning and transgenic analysis, we identified a lycopene β-cyclase () gene that controls the flesh color of watermelon. Down-regulation of caused the flesh color to change from pale yellow to red, and overexpression in the red-fleshed line caused the flesh color to change to orange. Analysis of single-nucleotide polymorphisms using 211 watermelon accessions with different flesh colors revealed that two missense mutations between three haplotypes ( , , and ) were selected and largely fixed in domesticated watermelon. Proteins derived from these three haplotypes were localized in plastids to catalyze the conversion of lycopene to β-carotene and showed similar catalytic abilities. We revealed that ClLCYB protein abundance, instead of transcript level, was negatively correlated with lycopene accumulation. Different amounts of ClLCYB protein degradation among the haplotypes were found in ClLCYB transgenic Arabidopsis () lines. After treatment with the proteasome inhibitor MG132, the concentration of ClLCYB increased noticeably compared with other ClLCYB proteins. These results indicate that natural missense mutations within influence ClLCYB protein abundance and have contributed to the development of red flesh color in domesticated watermelon.

© 2020 American Society of Plant Biologists. All Rights Reserved.