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ニンジンの香りと風味化合物の生産におけるテルペン合成酵素の多様性と機能
Diversity and function of terpene synthases in the production of carrot aroma and flavor compounds.
PMID: 32561772 PMCID: PMC7305226. DOI: 10.1038/s41598-020-66866-1.
抄録
ニンジン（Daucus carota L.）は、栄養価が高く、特徴的な風味を持ち、人の健康に役立つ重要な根菜類である。ニンジンの組織からは、揮発性のテルペン類を豊富に含む精油が生成され、ニンジンの香りと風味に大きな役割を果たしています。テルペン組成はニンジンの重要な品質特性を表しているが、この作物におけるテルペンの生合成についてはほとんど知られていない。ここでは、オレンジ色のニンジン（遺伝子型DH1）の19のテルペン合成酵素（TPS）遺伝子を機能的に特徴付け、組織特異的な発現プロファイルおよびそれらの組換えタンパク質のin vitro産物をDH1および他の4つの色のニンジンの遺伝子型から得られた揮発性テルペンプロファイルと比較した。以前に報告された（Ｅ）-β-カリオフィレン合成酵素（ＤｃＴＰＳ０１）に加えて、ゲルマクレーンＤ（ＤｃＴＰＳ７／１１）、γ-テルピネン（ＤｃＴＰＳ３０）およびα-テルピノレン（ＤｃＴＰＳ０３）を含む、ニンジンの風味および香りの主要な化合物に直接相関するいくつかのＴＰＳタンパク質を生化学的に特徴付けた。色付きニンジン栽培品種からの揮発分のランダムフォレスト分析により、栽培品種間で明らかに異なる9種類のテルペンが同定され、感覚的な品質の違いに寄与している可能性が高いことがわかった。TPS 遺伝子発現とテルペン代謝物プロファイルの相関から、これらの品種における DcTPS01 と DcTPS03 の機能が示唆された。これらの知見は、ニンジンの風味と香りを向上させるための将来の育種のためのロードマップを提供するものである。
Carrot (Daucus carota L.) is an important root vegetable crop with high nutritional value, characteristic flavor, and benefits to human health. D. carota tissues produce an essential oil that is rich in volatile terpenes and plays a major role in carrot aroma and flavor. Although terpene composition represents a critical quality attribute of carrots, little is known about the biosynthesis of terpenes in this crop. Here, we functionally characterized 19 terpene synthase (TPS) genes in an orange carrot (genotype DH1) and compared tissue-specific expression profiles and in vitro products of their recombinant proteins with volatile terpene profiles from DH1 and four other colored carrot genotypes. In addition to the previously reported (E)-β-caryophyllene synthase (DcTPS01), we biochemically characterized several TPS proteins with direct correlations to major compounds of carrot flavor and aroma including germacrene D (DcTPS7/11), γ-terpinene (DcTPS30) and α-terpinolene (DcTPS03). Random forest analysis of volatiles from colored carrot cultivars identified nine terpenes that were clearly distinct among the cultivars and likely contribute to differences in sensory quality. Correlation of TPS gene expression and terpene metabolite profiles supported the function of DcTPS01 and DcTPS03 in these cultivars. Our findings provide a roadmap for future breeding efforts to enhance carrot flavor and aroma.