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Matthiola incanaのバイオレット花色に関連するアントシアニン調節遺伝子と構造遺伝子
Anthocyanin regulatory and structural genes associated with violet flower color of Matthiola incana.
PMID: 32036464 DOI: 10.1007/s00425-020-03351-z.
抄録
主な結論:
MiMYB1とMibHLH2は、Matthiola incanaの花のアントシアニン生合成に重要な役割を果たしている。我々は、カブモザイクウイルスベクターを用いた一過性の発現系を確立した。ガーデンストック（Matthiola incana (L.) R. Br.)は、日本では冬から春にかけて観察される人気の高い花植物である。ここでは、「ヴィンテージラベンダー」のアントシアニン蓄積量は花の発達に伴って増加するが、フラボノール蓄積量は花の発達に伴って一定であることを観察した。M. incana の花の cDNA コンティグから、MiMYB1、MibHLH1、MibHLH2、MiWDR1、MiWDR2 の 5 つの転写因子遺伝子を取得した。酵母を用いた二系統解析の結果、MiMYB1はMibHLH1, MibHLH2, MiWDR1と相互作用したが、MiWDR2はいずれの転写因子とも相互作用しなかった。MiMYB1とMibHLH2の発現量は花芽の発生期に花びらで増加した。これらの発現プロファイルは、MiF3'H, MiDFR, MiANS, Mi3GTの転写産物の時間的プロファイルやアントシアニン蓄積プロファイルとよく相関していた。一方、MibHLH1は「ヴィンテージ・ラベンダー」の全器官で弱く発現していた。一方，Vintage Lavenderよりもアントシアニン蓄積量の多い他の品種の花びらでは，MibHLH1の高発現量が検出された。MiWDR1とMiWDR2は、花の発達と生長器官の間、花びらの中で一定の発現レベルを維持していた。カブモザイクウイルスベクターを用いた1ヶ月齢のM. incana苗での一過性のMiMYB1発現は、内因性アントシアニン生合成遺伝子MiF3'H, MiDFR, MiANSの転写を活性化し、葉に異所性のアントシアニン蓄積を誘導した。したがって、MiMYB1はMibHLH2やMiWDR1と相互作用し、この三量体タンパク質複合体がM. incanaの花のアントシアニン生合成遺伝子の転写を活性化している可能性がある。さらに、MibHLH1はMiMYB1-MibHLH2-MiWDR1複合体とともにアントシアニン生合成のエンハンサーとして作用する。本研究により、M. incana の花のアントシアニン蓄積量を制御する分子機構が明らかになった。
MAIN CONCLUSION: MiMYB1 and MibHLH2 play key roles in anthocyanin biosynthesis in Matthiola incana flowers. We established a transient expression system using Turnip mosaic virus vector in M. incana. Garden stock (Matthiola incana (L.) R. Br.) is a popular flowering plant observed from winter to spring in Japan. Here we observed that anthocyanin accumulation in 'Vintage Lavender' increased with flower development, whereas flavonol accumulation remained constant throughout flower development. We obtained five transcription factor genes, MiMYB1, MibHLH1, MibHLH2, MiWDR1, and MiWDR2, from M. incana floral cDNA contigs. Yeast two-hybrid analyses revealed that MiMYB1 interacted with MibHLH1, MibHLH2, and MiWDR1, but MiWDR2 did not interact with any transcription factor. Expression levels of MiMYB1 and MibHLH2 increased in petals during floral bud development. Their expression profiles correlated well with the temporal profiles of MiF3'H, MiDFR, MiANS, and Mi3GT transcripts and anthocyanin accumulation profile. On the other hand, MibHLH1 was expressed weakly in all organs of 'Vintage Lavender'. However, high expression levels of MibHLH1 were detected in petals of other cultivars with higher levels of anthocyanin accumulation than 'Vintage Lavender'. MiWDR1 and MiWDR2 maintained constant expression levels in petals during flower development and vegetative organs. Transient MiMYB1 expression in 1-month-old M. incana seedlings using a Turnip mosaic virus vector activated transcription of the endogenous anthocyanin biosynthetic genes MiF3'H, MiDFR, and MiANS and induced ectopic anthocyanin accumulation in leaves. Therefore, MiMYB1 possibly interacts with MibHLH2 and MiWDR1, and this trimeric protein complex activates the transcription of anthocyanin biosynthetic genes in M. incana flowers. Moreover, MibHLH1 acts as an enhancer of anthocyanin biosynthesis with the MiMYB1-MibHLH2-MiWDR1 complex. This study revealed the molecular mechanism involved in the regulation of anthocyanin accumulation levels in M. incana flowers.