トウガラシの完熟未熟果実におけるアントシアニン生合成を制御するCa3GT遺伝子のファインマッピング

Fine mapping of the Ca3GT gene controlling anthocyanin biosynthesis in mature unripe fruit of Capsicum annuum L.

• Jinqiu Liu
• Xiyin Ai
• Yihao Wang
• Qiaohua Lu
• Ting Li
• Lang Wu
• Liang Sun
• Huolin Shen

抄録

キーメッセージ:

アントシアニン生合成遺伝子Ca3GTをマップベースのクローニングにより110.5kbの領域にファインマップ化した。遺伝子発現とプロモーター解析の結果、強力な候補遺伝子Capana10g001978が確認された。ペッパー（Capsicum annum L.）の果実は、幼年期には濃い緑色、緑色、薄い緑色、紫色、黄色、アイボリーなどの色をしています。成熟していないトウガラシの果実の色形成にはアントシアニンが関与しており、アントシアニンの一過性の蓄積は、成熟した紫色の果実を持つトウガラシ植物を育種する上での主な問題である。この形質を制御する遺伝子は、これまでに数個しかクローニングされていない。本研究では、唐辛子のアントシアニン生合成遺伝子のマッピングと同定を目的として、紫色の未熟果実を持つ17C3808系統と緑色の未熟果実を持つ17C3807系統を交配したF集団を用いて、唐辛子のアントシアニン生合成遺伝子を同定した。形質は、染色体 10 番染色体上のマーカー SSR18213 と SSR18228 の間の 110.5kb の間隔にマッピングされました。この領域には3つのオープンリーディングフレームが存在した。Capana10g001978はこの領域にマーカーCAPS-78-708とInDel146が共沈しているため、この領域で予測された。Capana10g001978は、アントシアニンの生合成に関わるGTB転写因子をコードする構造遺伝子である。親配列を比較したところ、Capana10g001978のエクソンにおいて、＋528bpおよび＋708bpの位置に2つの塩基変異が確認され、176番目および236番目のアミノ酸残基がグルタミン（CAA）からヒスチジン（CAC）へと変化し、ナンセンス変異（CAGからCAAへ）を引き起こした。さらに、Capana10g001978は、成熟した未熟なトウガラシ果実の果皮で高度に発現していた。紫、完熟、未熟ピーマン果実のプロモーター領域には、４個の一塩基多型、３個の配列欠失、および１個の配列挿入があり、ＷボックスおよびＧＴ１モチーフの形成につながっていた。このように、Capana10g001978は、成熟した未熟ピーマン果実のアントシアニン生合成に関与するCa3GTの強力な候補遺伝子であることが明らかになった。これらの結果は、Ca3GTの単離と特性に関する重要な情報を提供するものであり、唐辛子のアントシアニン生合成に関わる制御経路の研究の出発点となるものである。

KEY MESSAGE: The anthocyanin biosynthesis gene Ca3GT was fine-mapped in a 110.5-kb region through a map-based cloning strategy. Gene expression and promoter analyses confirmed the strong candidate gene Capana10g001978. Pepper (Capsicum annum L.) fruit can be dark green, green, light green, purple, yellow, or ivory at the juvenile stage. Anthocyanins are responsible for fruit color formation in mature unripe pepper fruit, and transient accumulation of anthocyanins is the main problem in breeding pepper plants with mature purple fruit. Only a few genes controlling this trait have been cloned. The present study aimed to map and identify an anthocyanin biosynthesis gene from pepper using an F population derived from a cross between line '17C3808' (purple mature unripe fruit) and line '17C3807' (green mature unripe fruit). The trait was mapped on a 110.5-kb interval between markers SSR18213 and SSR18228 on chromosome 10. There were three open reading frames in this region; Capana10g001978 was predicted in this region as markers CAPS-78-708 and InDel146 co-segregated with it. Capana10g001978 is a structural gene encoding the GTB transcription factor involved in the biosynthesis of anthocyanins. Comparing parental sequences, two base mutations were identified in the exon of Capana10g001978, at positions + 528 bp and + 708 bp, which resulted in changes in the 176th and 236th amino acid residues, from glutamine (CAA) to histidine (CAC), causing a nonsense mutation (from CAG to CAA). Additionally, Capana10g001978 was highly expressed in the pericarp of mature, unripe pepper fruit. There were four single nucleotide polymorphisms, three sequence deletions, and one sequence insertion in the promoter region of purple, mature, and unripe pepper fruit, leading to the formation of a W-box and a GT1-motif. Thus, Capana10g001978 is a strong candidate gene of Ca3GT involved in anthocyanin biosynthesis in mature unripe pepper fruit. These results provide important information regarding the isolation and characterization of Ca3GT, and they are the starting point for studying the regulatory pathway responsible for anthocyanin biosynthesis in pepper.