Molecular characterization of an anthocyanin-related glutathione -transferase gene in cyclamen

シクラメンでアントシアニン輸送を担うグルタチオントランスフェラーゼ遺伝子の分子生物学的解析

北村 智; 秋田 祐介; 石坂 宏*; 鳴海 一成; 田中 淳

Kitamura, Satoshi; Akita, Yusuke; Ishizaka, Hiroshi*; Narumi, Issei; Tanaka, Atsushi

アントシアニンはフラボノイドの一種で、花弁のさまざまな色がフラボノイドによって支配されている。本研究では、シクラメンにおいて、アントシアニン輸送に関与するグルタチオントランスフェラーゼ(GST)遺伝子を同定するために、若い花弁より抽出したRNAに対してディジェネレートPCRを行うことにより、これまでに報告のない4種類のGST様遺伝子(CkmGST1, 2, 3, 4)を得た。発育ステージの異なる花弁RNAを用いた発現解析により、CkmGST3を除く3遺伝子はいずれのステージでも同程度の発現であったが、CkmGST3のみ、他のアントシアニン生合成遺伝子(CkmF3'5'H, CkmDFR2)と類似した発現パターンを示すことが明らかとなった。分子系統学的解析からは、CkmGST3がフラボノイド輸送関連因子に最も近縁であることが示唆された。4種のCkmGST遺伝子をシロイヌナズナ変異体で個別に発現させたところ、CkmGST3のみのアントシアニン欠損表現型を相補することがわかった。これらの結果から、CkmGST3がアントシアニン経路に関与するシクラメンGSTであることが明らかとなった。

In order to identify the anthocyanin-related GST in cyclamen, four candidates of GSTs (CkmGST1 to CkmGST4) were isolated. Phylogenetic analysis indicated that CkmGST3 was closely related to PhAN9, an anthocyanin-related GST of petunia. Expression analysis at different developmental stages of petals revealed that CkmGST3 was strongly expressed in paler pigmented petals than in fully pigmented petals, in contrast to the constitutive expression of the other three candidates during petal development. This expression pattern of CkmGST3 was correlated with those of other anthocyaninbiosynthetic genes such as CkmF3'5'H and CkmDFR2. Molecular complementation of Arabidopsis , a knockout mutant of an anthocyanin-related GST gene, demonstrated that CkmGST3 could complement the anthocyanin-less phenotype of . Transgenic plants that expressed the other three CkmGSTs did not show anthocyanin accumulation. These results indicate CkmGST3 functions in anthocyanin accumulation in cyclamen.