著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Plant Biotechnology Journal

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

バナナが熟すときには、果肉が柔らかくなり、熟成を進める植物ホルモンのエチレンが多く出るようになります。果肉が柔らかくなるのは、細胞壁が分解されるためです。細胞壁の分解には、ペクチンという成分の分解を始める酵素(PME)や、細胞壁の繊維をずれやすくするたんぱく質(EXP)が働きます。こうした遺伝子の働きは、「転写因子」と呼ばれる、遺伝子のスイッチを入れたり切ったりするたんぱく質によって調節されています。

果実の熟成は、転写因子による調節に加えて「翻訳後修飾」でも制御されています。翻訳後修飾とは、できあがったたんぱく質に化学的な目印を付けて、その働きや寿命を変える仕組みです。ただ、熟成に関わる翻訳後修飾が具体的にどのようにつながり合っているのかは、よく分かっていませんでした。研究チームは、熟成を抑える転写因子に注目し、その働きと量がリン酸化とユビキチン化という二種類の修飾でどう調節されるのかを明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

材料には、商業的な成熟度が70~80%の段階で収穫したキャベンディッシュ系のバナナを使いました。果実を1本ずつに分け、自然に熟させる群とエチレン処理(100 μL/Lで18時間)をする群に100本ずつ割り当てました。どちらも22℃・湿度90%で7日間保管し、果肉の硬さとエチレンの放出量を経時的に測定しました。

以前の研究では、エチレンで熟成を促したバナナにおいて、働きが下がる転写因子のほうが上がる転写因子よりはるかに多いと報告されていました。研究チームはこの点から、熟成を抑える側の転写因子が重要ではないかと考えました。そこで既存の遺伝子発現データを再解析し、熟成とともに強く減るMYB型の転写因子を見つけて、MaAS1と名付けました。

MaAS1がゲノム上のどこに結合するかは、DAP-seqと呼ばれるゲノム全体を対象とした結合解析で探しました。そのうえで、試験管内での結合実験や果肉組織を使った解析で、標的遺伝子への結合を確かめました。MaAS1と結びつくたんぱく質も探索し、リン酸を付ける酵素(キナーゼ)であるMaMPK3-2と、ユビキチンという目印を付ける酵素(E3ユビキチンリガーゼ)であるMaRNF4を見いだしました。ユビキチンが付いたたんぱく質は、分解に回されやすくなります。

MaAS1にはリン酸が付く場所が3か所見つかりました。研究チームは、これらの部位が常にリン酸化された状態をまねる変異型と、リン酸化されない変異型を作り、両者の働きを比べました。各遺伝子は、バナナの果実で一時的に強く働かせる実験と、小型トマト品種(マイクロトム)に組み込んで安定的に働かせる実験の両方で調べました。そのうえで、果実の熟し方、硬さ、エチレン量、標的遺伝子の働き、MaAS1たんぱく質の量やユビキチン化の程度を比較しました。

主な報告結果

MaAS1は、エチレンを作る遺伝子MaACS1と、細胞壁の分解に関わる遺伝子MaPME23およびMaEXPA15の制御領域(プロモーター)に直接結合し、これらの働きを抑えていました。結合に使われるDNA上の配列(RMAACATBYT)は、シロイヌナズナの近縁の転写因子が認識する配列とは異なっていました。研究チームは、これをバナナに特有の性質とみています。MaAS1を強く働かせたトマトでは、対応する遺伝子の働きが下がり、熟成が遅れました。

キナーゼのMaMPK3-2は、MaAS1の3か所(Ser61、Thr92、Ser120)にリン酸を付けました。リン酸化された状態をまねたMaAS1は、遺伝子を抑える働きが強く、たんぱく質も安定していて、熟成を遅らせました。一方、リン酸化されない変異型ではMaAS1たんぱく質の量が大きく減っていました。MaMPK3-2をトマトで強く働かせると果実の熟成が遅れ、バナナで一時的に強く働かせた場合も熟成が遅れ、果肉の軟化とエチレン放出が抑えられました。

エチレンによって誘導されるMaRNF4は、MaAS1にユビキチンを付けて分解を促しました。MaRNF4の働きは熟成とともに徐々に高まっていました。MaRNF4を組み込んだトマトでは、エチレン放出のピークが早まり、軟化が速く進み、熟成関連遺伝子の働きが上がりました。これらの果実ではMaAS1たんぱく質の量も減っていました。

二つの修飾は互いに打ち消し合う関係にありました。MaMPK3-2を強く働かせたバナナでは、MaAS1に付くユビキチンが減りました。リン酸化をまねた変異型は、リン酸化されない変異型よりユビキチン化が少なく、たんぱく質が多く蓄積していました。研究チームは、熟成が進むとMaMPK3-2の働きが下がり、MaRNF4が増えることで、MaAS1が分解されて熟成関連遺伝子のブレーキが外れる、という流れを示しています。

この報告が示すこと

研究チームは、MaMPK3-2・MaAS1・MaRNF4からなる調節の組み合わせを示し、熟成を抑えるたんぱく質の量が、リン酸化とユビキチン化のせめぎ合いで決まっていると結論づけました。他の果物では、リン酸化がかえってユビキチン化を促す例も報告されています(リンゴの転写因子MdNAC72)。著者らはこうした例と比べたうえで、修飾どうしの相互作用は果実の熟成を細かく調節する共通の戦略である可能性がある一方、どのキナーゼがどのたんぱく質に作用し、どんな結果をもたらすかは果物によって異なりうると述べています。

著者らは、MaAS1を遺伝的に安定させたり、そのユビキチン化を狙って妨げたりすることが、品質を保ちながら収穫後の日持ちを延ばす分子レベルの手段になりうるとも述べています。なお、リン酸化されない変異型は、バナナでは何も導入しない対照と同じようにふるまった一方、トマトでは熟成を早めました。著者らは、トマトでは標的となる遺伝子の範囲が広がることが原因である可能性を挙げており、この点は推測の段階にとどまっています。

原著論文の著者・所属：Ting‐Ting Luo（College of Horticulture South China Agricultural University Guangzhou China）、Ying‐Ying Yang（Department of Horticulture, College of Agronomy Jiangxi Agricultural University Nanchang China）、Hai‐Ke Tan（College of Horticulture South China Agricultural University Guangzhou China）、Wen Song（College of Horticulture South China Agricultural University Guangzhou China）、Wei Wei（College of Horticulture South China Agricultural University Guangzhou China）、Wei Shan（College of Horticulture South China Agricultural University Guangzhou China）、Jian‐Fei Kuang（College of Horticulture South China Agricultural University Guangzhou China）、Jian‐Ye Chen（College of Horticulture South China Agricultural University Guangzhou China）、Wang‐Jin Lu（College of Horticulture South China Agricultural University Guangzhou China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Ting‐Ting Luo, Ying‐Ying Yang, Hai‐Ke Tan, et al. MaMPK3 ‐2 Phosphorylating and Stabilizing Transcriptional Repressor MaAS1 by Counteracting MaRNF4 ‐Mediated Ubiquitination During Banana Fruit Ripening. Plant Biotechnology Journal（出版社：Wiley） 2026-10-13. DOI: 10.1111/pbi.70769. 原著ライセンス：CC BY.