ペチュニアのホメオティック遺伝子pMADS3の発現抑制は花の二重化をもたらす

• 担当機関: （独）農業生物資源研究所
• 研究期間: 1998～2002
• 研究担当者: 〔津田晋三; 〔土本卓; カプール; ミーヌ; 奥山洋平（東大分生研）〕; 間山智子; 高辻博志; 田中良和（サントリー）〕
• 発行年度: 2002
• 要約: ペチュニアのpMADS3遺伝子のDNAの一部分をペチュニアに再導入すると、遺伝子サイレンシングによって内在性pMADS3の発現が消失し、その結果、雄ずいの花弁化および内部花序の形成が起こることが見出された。この結果は本遺伝子を用いて花の形態を改変できることを示している。
• キーワード: ペチュニア、ホメオティック、pMADS3、雄ずいの花弁化、内部花序、サイレンシング
• 背景・ねらい: アラビドプシスでの研究から、4種類の花器官の特異性は３つのクラス（A, B, C）のホメオティック遺伝子機能の組み合わせによって決定されるというモデルが提唱され、植物種間での普遍性を含めて様々な角度から検証が試みられてきた。本研究では、園芸植物であり、花の構造などで明瞭にアラビドプシスと異なるペチュニアを用いてクラスCホメオティック遺伝子の機能を解明し、花の形態などの諸形質における植物種間での異同との関連付けを試みた。また、遺伝子の発現制御による花の形態制御によって新たな園芸的価値が生じることが期待された。

成果の内容・特徴

1. MADSボックス型の転写因子をコードするpMADS3の転写開始点上流からエキソン3までを含む約7kbのDNA断片をGUSコード領域につないだ融合遺伝子（図1）をペチュニア（var. Surfinia purple mini）に導入した結果、内在性pMADS3が遺伝子サイレンシングを受け、本来の発現部位である雄ずいおよび雌ずいにおける発現が消失した。その結果、雄ずいの花弁化が起こり、二重花弁の形質を示すことがわかった（図2）。雌ずいには、トライコーム形成という弱いがく片化の兆候が認められた。これらの結果からpMADS3がペチュニアのクラスC遺伝子であることが明らかになった。
2. これらの形質転換系統では、クラスC遺伝子の機能喪失に典型的な上記の表現型以外に、本遺伝子にユニークな内部花序の形成が認められた（図3A-B）。内部花序は、5本の雄ずいが形成される輪状領域（第3whorl）において、隣り合った雄ずいの間の領域に1本ずつ、最高4本発生していた（図3C-D）。この現象は、第3whorlの特定領域において花分裂組織（floral meristem）から花序分裂組織（inflorescence meristem）への復帰が起こったと解釈される。また、二次花序中の花の内部にも、上記に相当する部位に3次花序が形成しており、分裂組織特異性の復帰は繰り返していることがわかった（図3D）。これらの結果は、pMADS3が分裂組織の特異性の決定にも関与していることを示している。
3. 遺伝子発現抑制時の表現型の類似性から、別のMADSボックス型転写因子FBP2とpMADS3との協同的作用が推測されたため、yeast two-hybrid系を用いて解析した結果、特異的なタンパク質間相互作用が明瞭に観察され、FBP2とpMADS3は複合体として機能していることが示された。

• 成果の活用面・留意点: 花を二重化させる機能について特許出願中。遺伝子を提供できる。ペチュニアにのみ適用可能。
• カテゴリ: ペチュニア