トランスクリプトーム解析と化学的解析により、ベニバナのホワイトフローレット形成機構が明らかになった

Transcriptome Sequencing and Chemical Analysis Reveal the Formation Mechanism of White Florets in L.

• Tingyan Qiang
• Jiushi Liu
• Yuqing Dong
• Yinbo Ma
• Bengang Zhang
• Xueping Wei
• Haitao Liu
• Peigen Xiao

抄録

経済作物でありハーブでもあるベニバナは、その多様な化学成分や薬理作用について広く研究されているが、ベニバナ色素（SP）がどのようにして異なる色の花弁を形成するのか、そのメカニズムは明らかにされていない。本研究では、紅花の白花と赤花の2品種（新紅花7号（WXHH）と雲紅2号（RYH））のSP含有量を比較した。その結果、RYHはWXHHに比べてSPの含有量が高いことがわかった。SPに関連する遺伝子を調べるために、トランスクリプトームシークエンスにより、両品種の花弁の6つのcDNAライブラリーを得た。合計225,008個のユニ遺伝子が組み合わされ、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ（PAL）のユニ遺伝子7個、4-クマレート-CoAリガーゼ（4CL）のユニ遺伝子20個を含む、ベニバナ色素生合成に関連する40個のユニ遺伝子がアノテーションされた。トランスシンナメート4-モノオキシゲナーゼ（C4H）のユニジーン1個、カルコン合成酵素（CHS）のユニジーン7個、カルコンイソメラーゼ（CHI）のユニジーン4個、フラバノン3-ヒドロキシラーゼ（F3H）のユニジーン1個であった。発現レベルに基づいて、16 個の異なる発現を持つユニゲネ（DEG）を選択し、逆転写-定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（RT-qPCR）を用いて検証したところ、配列決定結果と一致した。その結果、WXHHにおいては、ダウンレギュレーションされた3, 3, 1, 1, 1とアップレギュレーションされた1, 1が白い花弁の形成に重要な役割を果たしているのではないかと推測された。

L. (safflower), an economic crop and herb, has been extensively studied for its diverse chemical constituents and pharmacological effects, but the mechanism of safflower pigments (SP) leading to different colors of florets has not been clarified. In the present study, we compared the contents of SP in two varieties of safflower with white and red florets, named Xinhonghua No. 7 (WXHH) and Yunhong No. 2 (RYH). The results showed the contents of SP in RYH were higher than WXHH. To investigate genes related to SP, we obtained six cDNA libraries of florets from the two varieties by transcriptome sequencing. A total of 225,008 unigenes were assembled and 40 unigenes related to safflower pigment biosynthesis were annotated, including 7 unigenes of phenylalanine ammonia-lyase (PAL), 20 unigenes of 4-coumarate-CoA ligase (4CL), 1 unigene of trans-cinnamate 4-monooxygenase (C4H), 7 unigenes of chalcone synthase (CHS), 4 unigenes of chalcone isomerase (CHI), and 1 unigene of flavanone 3-hydroxylase (F3H). Based on expression levels we selected 16 differentially expressed unigenes (DEGs) and tested them using reverse transcription-quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-qPCR), which was consistent with the sequencing results. Consequently, we speculated that in WXHH, 3 , 3 , 1 , 1 , and 1 , which were down-regulated, and 1 , which was up-regulated, may play a key role in the formation of white florets.