オーキシンの恒常性に関与するアミノトランスフェラーゼ遺伝子の機能喪失は、ソランナ科植物のパルテノカルピーを誘導する

Loss of function of the aminotransferase gene, which is involved in auxin homeostasis, induces parthenocarpy in Solanaceae plants.

• Satoshi Matsuo
• Koji Miyatake
• Makoto Endo
• Soichi Urashimo
• Takaaki Kawanishi
• Satomi Negoro
• Satoshi Shimakoshi
• Hiroyuki Fukuoka

抄録

果実の発育は、通常、受粉と受精の後に行われるが、パルテノカーピーでは、受粉や受精を行わずに卵巣が成長して果実を形成する。劣悪な環境下でも果実の収量を安定させることができるため、寄生虫は非常に魅力的な農学的形質として認識されてきました。天然のパルテノカーピーはソラマメ科植物の育種に有用であるが，その利用は限られており，その分子機構や生化学的機構についてはほとんど知られていない。本研究では、卵巣にオーキシンを多く蓄積するナスの寄生虫変異体を報告した。その結果、野生型（WT）遺伝子はオーキシンの恒常性維持に関与するアミノトランスフェラーゼをコードしていることが明らかになった。組換えPad-1タンパク質は、インドール-3-ピルビン酸(IPyA)からトリプトファン(Trp)への変換を触媒し、これはオーキシン生合成酵素であるトリプトファンアミノトランスフェラーゼ(TAA1/TARs)の逆反応であった。この遺伝子のRNAレベルは卵巣発生期に増加し、WTでは合体期に最高レベルに達した。このことから、WTの未受粉卵巣では、IAAが過剰に蓄積されて早熟になるのを防ぐ役割があることが示唆された。さらに、トマトやトウガラシでは、その直交する遺伝子を抑制することで、副果皮の発育が誘導されることが明らかになった。これらの結果は、遺伝子の利用がソラマメ科植物の果実生産を改善するための強力なツールとなることを示している。

Fruit development normally occurs after pollination and fertilization; however, in parthenocarpic plants, the ovary grows into the fruit without pollination and/or fertilization. Parthenocarpy has been recognized as a highly attractive agronomic trait because it could stabilize fruit yield under unfavorable environmental conditions. Although natural parthenocarpic varieties are useful for breeding Solanaceae plants, their use has been limited, and little is known about their molecular and biochemical mechanisms. Here, we report a parthenocarpic eggplant mutant, , which accumulates high levels of auxin in the ovaries. Map-based cloning showed that the wild-type (WT) gene encoded an aminotransferase with similarity to gene, which is involved in auxin homeostasis. Recombinant Pad-1 protein catalyzed the conversion of indole-3-pyruvic acid (IPyA) to tryptophan (Trp), which is a reverse reaction of auxin biosynthetic enzymes, tryptophan aminotransferases (TAA1/TARs). The RNA level of gene increased during ovary development and reached its highest level at anthesis stage in WT. This suggests that the role of in WT unpollinated ovary is to prevent overaccumulation of IAA resulting in precocious fruit-set. Furthermore, suppression of the orthologous genes of induced parthenocarpic fruit development in tomato and pepper plants. Our results demonstrated that the use of genes would be powerful tools to improve fruit production of Solanaceae plants.