夏の陽射しを浴びて、ひときわ鮮やかに咲き誇るユリの花。なぜ光を浴びると、その花びらは美しいピンクや紫色に染まるのでしょうか？その秘密は、花びらの中で働く、まるで二人一組の「色の演出家」のような遺伝子にありました。中国の研究チームが解き明かした、光と色が織りなすミクロの世界の物語を覗いてみましょう。ユリは、その美しさと商業的魅力から、世界で最も愛されている観賞用花卉の一つです。
その特徴的なピンクや紫の色合いは、植物が環境ストレスから身を守るのにも役立つ植物色素、アントシアニンに由来します。アントシアニンを生産する化学経路は植物全体で保存されていますが、ユリのような単子葉植物において、光によってその活性化を制御する調節システムは、ほとんど解明されていませんでした。MYBやBBXのような転写因子が色素の制御に関与することは知られていますが、光に応答して遺伝子発現を調節する特定の相互作用は不明なままでした。これらの未解決問題のため、光照射下での転写調節に関するより深い調査が急務とされていました。この度、中国の瀋陽農業大学の研究チームが、光がユリの花びらの色をどのように形成するかの解読において、大きな一歩を踏み出しました。2024年7月30日に学術誌Horticulture Researchで発表されたこの研究（DOI: 10.1093/hr/uhae211）は、2つの転写因子—LvBBX24とLvbZIP44—が調節デュオを形成し、アントシアニン生合成に不可欠な遺伝子であるLvMYB5を活性化することを特定しました。彼らの研究は、光照射が鮮やかな花びらの色彩に変換される新しい分子メカニズムを明らかにし、観賞植物の育種や植物分子生物学に貴重な知見を提供します。このオープンアクセスの論文は、「Transcription Factors LvBBX24 and LvbZIP44 Coordinated Anthocyanin Accumulation in Response to Light in Lily Petals（転写因子LvBBX24とLvbZIP44がユリの花びらにおける光に応答したアントシアニン蓄積を協調的に制御する）」と題されています。
科学者たちはまず、ユリの花びらを光にさらし、色素の変化を観察することから始めました。彼らは、光が花びらの色を濃くするだけでなく、LvCHSやLvANSといったアントシアニン生合成遺伝子の発現も促進することを観察しました。トランスクリプトーム解析を通じて、彼らはLvBBX24を、光照射に伴い発現が増加する光応答性遺伝子として特定しました。LvBBX24の発現を抑制すると色素レベルが急激に低下し、既知のアントシアニン活性化因子であるLvMYB5の発現が下方制御された一方、LvBBX24を過剰発現させるとより濃い色素沈着が生じました。興味深いことに、LvBBX24は暗闇では速やかに分解されることも見出され、その光依存的な役割が強調されました。
さらなる分析により、LvBBX24がLvMYB5のプロモーターに直接結合することが明らかになりました。酵母ツーハイブリッド法によるスクリーニングで、LvbZIP44がその相互作用パートナーとして特定されました。LvbZIP44自体は光応答性ではありませんが、同様にLvMYB5プロモーターに結合し、独立して色素生産を刺激します。この二つの因子を共発現させると相乗効果が示され、どちらか一方の因子だけよりも強力にプロモーター活性とアントシアニン蓄積を増幅させました。両方の遺伝子の発現を抑制すると色素レベルが劇的に低下し、それらの協調的な機能が確認されました。電気泳動移動度シフトアッセイでは、各因子が異なるG-boxエレメントに結合することが示され、彼らがプロモーターの構造を再形成してLvMYB5をより効果的に活性化することを示唆しています。
「この研究は、ユリにおいて光の知覚と色素生産を結びつける、精密に調整されたメカニズムを明らかにしました」と、本研究の責任著者であるリジン・チェン博士（Dr. Lijing Chen）は述べています。「LvBBX24は光に敏感な門番のように振る舞い、一方のLvbZIP44は光の状態に関わらず安定したサポートを提供します。彼らの相互作用は強固な応答を保証し、植物が環境の手がかりに応じて花びらの色を調整することを可能にします。この二重の調節モデルは、ユリだけでなく、顕花植物が光を利用してその外観を形成する方法を理解する上でも、広範な意味を持つ可能性があります。」
この二因子による調節システムの発見は、園芸革新の新たな道を開きます。LvBBX24とLvbZIP44を標的にすることで、育種家は光に動的に応答する、より明るく、より安定した花びらの色を持つユリの品種を開発できるかもしれません。このメカニズムは、他の観賞用または作物種においても、視覚的特性やストレス耐性を向上させるために活用される可能性があります。さらに、植物が相互作用する転写因子を用いて遺伝子発現を微調整する方法を理解することは、植物発生におけるより広範な調節ネットワークに光を当てます。将来の研究では、このメカニズムがホルモンや温度のシグナルとどのように統合されるかを探求し、遺伝子工学を通じた植物形質の精密な操作のための青写真を提供することができるでしょう。
