トマトの野生種が有する高糖度遺伝子の単離と高糖度化機構の解明

トマトをはじめとする多くの果実における重要な品質決定要因として、果実中に含まれる糖が挙げられる。しかし果実の糖度は量的形質であることから、果実を高糖度化する遺伝子の単離やメカニズムの解明は容易ではない。トマトの栽培種S. lycopersicum cv. M82の第8染色体の一部を、野生種S. pennelliiの染色体に置換した染色体断片置換系統IL8-3は、M82に比べて果実が高糖度化する。そこで本研究は、S. pennelliiが有する高糖度遺伝子の単離と、IL8-3の果実が高糖度となるメカニズムの解明を目的に進めた。S. pennelliiの高糖度遺伝子を単離するためにマップベースクローニングを行ったところ、トマトの高糖度化に寄与すると考えられる有力な候補遺伝子を第8染色体上にいくつか見出すことができた。またトランスクリプトーム解析を行うことにより、IL8-3では細胞壁インベルターゼ遺伝子やスクロース合成酵素遺伝子などの糖代謝に重要な遺伝子の発現が、M82よりも高いことが明らかとなった。さらにメタボローム解析でトマト果実の高品質化に寄与する物質の代謝変動を解析したところ、果実に含まれる248代謝物の変動を明らかにすることができた。これらの代謝物について主成分分析と階層クラスタリングを行ったところ、開花後10日目と30日目の果実はM82とIL8-3で代謝物の変動パターンが似ていたが、20日目と成熟期の果実では大きく異なっていた。したがって、IL8-3では比較的小規模な染色体の置換が代謝に大きな影響を及ぼし、その影響が開花後20日目と成熟期の果実で特異的に現れることが明らかとなった。またIL8-3の成熟期の果実では、アミノ酸や機能性に関わる物質など、種々の有用成分がM82よりも増加していることも明らかとなった。

トマトをはじめとする多くの果実における重要な品質決定要因として、果実中に含まれる糖が挙げられる。しかし果実の糖度は量的形質であることから、果実を高糖度化する遺伝子の単離やメカニズムの解明は容易ではない。トマトの栽培種S. lycopersicum cv. M82の第8染色体の一部を、野生種S. pennelliiの染色体に置換した染色体断片置換系統IL8-3は、M82に比べて果実が高糖度化する。そこで本研究は、S. pennelliiが有する高糖度遺伝子の単離と、IL8-3の果実が高糖度となるメカニズムの解明を目的に進めた。S. pennelliiの高糖度遺伝子を単離するためにマップベースクローニングを行ったところ、トマトの高糖度化に寄与すると考えられる有力な候補遺伝子を第8染色体上にいくつか見出すことができた。またトランスクリプトーム解析を行うことにより、IL8-3では細胞壁インベルターゼ遺伝子やスクロース合成酵素遺伝子などの糖代謝に重要な遺伝子の発現が、M82よりも高いことが明らかとなった。さらにメタボローム解析でトマト果実の高品質化に寄与する物質の代謝変動を解析したところ、果実に含まれる248代謝物の変動を明らかにすることができた。これらの代謝物について主成分分析と階層クラスタリングを行ったところ、開花後10日目と30日目の果実はM82とIL8-3で代謝物の変動パターンが似ていたが、20日目と成熟期の果実では大きく異なっていた。したがって、IL8-3では比較的小規模な染色体の置換が代謝に大きな影響を及ぼし、その影響が開花後20日目と成熟期の果実で特異的に現れることが明らかとなった。またIL8-3の成熟期の果実では、アミノ酸や機能性に関わる物質など、種々の有用成分がM82よりも増加していることも明らかとなった。