植物のエンドリデュプリケーションシステムに学ぶ 大型果実トマト作り トマトが赤くなると医者が青くなる 『トマトが赤くなると医者が青くなる』という諺があるように、トマトには多く の効能がある。トマトの果実の赤色はカロチン類のβ—カロチンとリコピン によるもので、β—カロチンは体内でビタミン A に変わる。リコピンはビタミ ン A には変わらないが、β—カロチンの２倍、ビタミン E の１００倍の活性酸 本橋 令子 素消去能力を持っている。活性酸素は体内に長期に蓄積すると発ガン原 因にもなり、また、血液中で脂質と反応し過酸化脂質となり、血管に付着し 農学研究科 准教授 脳血栓や心筋梗塞を引きおこす。活性酸素消去能力を持つリコピンを大 量に含む緑黄色野菜がトマトである。 ■ キーワード 体細胞分裂，減数分裂以外のもう一つの細胞周期 ・ プラスチド 細胞周期として体細胞分裂と生殖細胞ができる際の減数分裂がよく知 ・ ゲノム科学的研究技術 られている。体細胞分裂では G1 期（間期 1）、S 期（DNA 合成期）、G2 期(間 ・ プロテオーム 期 2)、M 期（有糸分裂期）というそれぞれ働きの異なる四つの期間を通じ ・ メタボローム て、一つの細胞から遺伝学的に等価な二つの娘細胞ができる。しかしこの ・ トランスクリプトーム ような細胞周期に対して、エンドリデュプリケーション（Endoreduplication， ・ エンドリデュプリケーション ■ 技術相談に応じられる関連分野 1. 2. 3. 4. 5. 6. シロイヌナズナのトランス ポゾンタグラインの作成及 びタグラインの整備 電子顕微鏡によるオルガ ネラ観察、共焦点顕微鏡に よる蛍光タンパク質の局在 観察 各種プラスチドの単離 トランスクリプトーム解析 プラスチドプロテオーム解 析 植物体の形質転換（アグロ バクテリウム法、パーティク ルガン法） 【専門的な研究手法】 RT-PCR・リアルタイム PCR を用 いた遺伝子の定量、マイクロア レー解析、ノーザンブロッティン グ法、ウエスタンブロッティング 法、プラスチドの単離、２次元電 気泳動法によるプロテオーム解 析 研究の背景と目的 ・ トマト Endoreplication ともいわれる）とよばれる細胞周期については、ほとんど 知られていない。 エンドリデュプリケーションとは、核および細胞質の分裂をともなわず に、G 期と S 期を繰り返すことによって、2C＊の細胞から 4C，8C，16C，32C …といった核相（核内の DNA 含量; ploidy）をもった細胞へ変化する細胞周 期である。この現象は、動植物を問わずに普遍に観察される。多くの植物 では、程度の差はあるが、ほとんどの体細胞でポリプロイド細胞が認めら れる。とくにトウモロコシの胚乳は数百 C におよぶポリプロイド細胞で構成 されることやトマト果実のゲル状の果肉部分の細胞がポリプロイド細胞で 構成されることが知られている。 ＊ C はハプロイドあたりの DNA 含量を示す単位。やはりハプロイドあたり の染色体数を意味する n とほぼ等価である。 エンドリデュプリケーションによる細胞サイズ，代謝活性の制御 特殊な細胞周期であるエンドリデュプリケーションを繰り返すことで、核 の DNA 含量が上昇するだけでなく、しばしば細胞のサイズも増大する。ま た 1 細胞あたりの核相が上昇することで、遺伝子のコピー数が増えるた め、代謝活性が上昇して、2 次代謝物産生が多くなると考えられている。こ のようにエンドリデュプリケーションは、細胞サイズの増加や、遺伝子数を 増やすことによる物質生産能に強く関与していると考えられる。 本研究は、シロイヌナズナの エンドリデュープリケーション制御遺伝子群 をトマトに遺伝子導入し、トマト果実を大型化し、リコピンなどの有用二次代謝 産物生産を増加させることを目的としている。 特殊な細胞周期であるエンドリデュプリケーションは、細胞分裂の伴わない DNA 複製と定義され、エンドリデュ プリケーションを繰り返すことで、核の DNA 含量が上昇するだけでなく、しばしば細胞のサイズも増大する。シロイ ヌナズナでは、器官を構成するほぼ全ての細胞において、エンドリデュプリケーションが観察される。植物の大き 研究の概要 さは、器官を構成する細胞の数とサイズによって規定される。細胞のサイズがエンドリデュプリケーションによって 規定されると考えると、植物がエンドリデュプリケーションを積極的に利用することで、サイズ制御を行っているこ とが推測される。事実、シロイヌナズナのエンドリデュープリケーション制御遺伝子 ILP1 遺伝子をシロイヌナズナで 高発現させると、DNA 含量が上昇し、その結果、細胞を大きくすることができた。 そこで、我々はシロイヌナズナのエンドリデュープリケーション制御遺伝子群に関する情報を応用して、トマト果実 の大型化試みる。 ◎研究段階・・・（ 着想 ・ 基礎 ・ 応用 ・ 開発 ） ・ 特筆すべき研究ポイント： トマト果実の着色は葉緑体分解によりクロロフィルが消失した後に分化したクロモプラスト内のリコピ ンの増加によるものである。トマトには約２万のタンパク質が存在すると考えられるが、それらの中から セールスポイント クロモプラストに関与するタンパク質に着目するのは困難であるため、クロモプラストを単離し、クロモ プラストタンパク質をターゲットとした解析技術が必要である。これまでに我々はトマトの各ステージの 果実から新規のグラジェント法によりクロモプラストを単離することに成功し、クロモプラストプロテオミ ックスデータを取得している。 上記のクロモプラストプロテオミクスデータより得られる知見は、果実の大型化と合わせ、貯蔵機能の 強化による、有用天然物を高蓄積した高品質野菜生産や、手軽に食べるトマトの特徴を生かしたサプリ メントに替わる商品としての実用化への展開も期待でき、農業分野だけでなく、幅広くライフサイエンス 分野での実用化も期待できる。 イメージ図
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