著者の所属・活動拠点の国は、オーストリア、イタリアです。

掲載誌：Foods

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

イチゴの果実には、フラボノイドやアントシアニンなどのポリフェノール類が多く含まれています。これらの多くは、糖が結合した「配糖体」の形で蓄えられています。糖が付くことで、水への溶けやすさ、安定性、細胞内での運ばれ方が変わります。β-グルコシダーゼは、配糖体からブドウ糖を切り離す酵素です。糖が外れると、化合物の働きや利用されやすさ、風味への関わりが大きく変わりうると論文は述べています。

イチゴでは、配糖体をつくる酵素（糖転移酵素）はよく調べられてきました。一方で、逆向きに糖を外すβ-グルコシダーゼが個々にどの化合物を好み、どれだけ効率よく働くかは、あまり分かっていませんでした。特に、構造の似たフラボノイド配糖体のあいだで、糖の付いている位置の違いを酵素が見分けるのかは十分に理解されていないといいます。そこで研究チームは、栽培イチゴ（Fragaria × ananassa）のβ-グルコシダーゼを1つ選んで生化学的に調べることにしました。対象とする化合物の範囲と、反応の速さや効率を明らかにすること、さらに糖の結合位置（3位か7位か）が酵素の基質認識に影響するかを確かめることが目的です。

何を、どのように調べたか

まず研究チームは、遺伝的な参照モデルとして使われる野生種イチゴ（F. vesca）の遺伝子配列をもとに、栽培イチゴの対応する遺伝子を探しました。続いて、公開されているRNA配列データを使い、それぞれの遺伝子がどの程度働いているか（発現量）を見積もりました。発現量が比較的高かった遺伝子FxaC_10g48920.t1を候補とし、そこから作られるタンパク質を「Fra-βGL」と名付けました。この遺伝子の発現パターンは、139件の公開データを用いて詳しく調べています。対象にしたのは、そう果（表面のつぶつぶ）と花托（食べる部分）の4つの熟度段階（緑・白・色づき始め・赤）と、葉・根・花弁です。

Fra-βGLは大腸菌に作らせ、精製して実験に使いました。比較の基準には、アーモンド（Prunus dulcis）由来の市販β-グルコシダーゼ（Pru-βGL）を用いています。

調べた基質は9種類です。天然化合物は8種類で、ケンフェロールとクエルセチンの3位・7位配糖体、ルテオリンの7位配糖体、アントシアニンであるシアニジンとペラルゴニジンの配糖体、さらにアルブチンとフロリジンです。これに加えて、酵素活性の測定によく使われる合成基質pNP-Glcも試しました。pNP-Glcは分解されると吸光度が変わるため、分光光度計で反応を追えます。天然化合物では、液体クロマトグラフィー（HPLC）で反応前の物質の減少と、糖が外れた後の部分（アグリコン）の出現を確かめました。反応はおもにpH 4.5、30℃で行っています。分解が確認された基質については、反応の速さと基質への親和性から「触媒効率」と呼ばれる指標を求め、2つの酵素で比べました。pNP-Glcを使って、pH 3.0〜7.5および20〜80℃での活性と熱安定性も調べています。

このほか、コンピューター上で基質を酵素に当てはめる分子ドッキングも行いました。結合部位で基質がどのような向きをとるかを見積もり、実験で見られた選り好みの理由を探っています。

主な報告結果

Fra-βGLは、はっきりとした基質の選り好みを示しました。分解したのは、クエルセチン、ケンフェロール、ルテオリンの7位配糖体と合成基質pNP-Glcです。一方、試したケンフェロールとクエルセチンの3位配糖体、2種類のアントシアニン配糖体、アルブチン、フロリジンでは、今回の条件では活性が検出されませんでした。この点は比較対象のPru-βGLでも同じでした。なお、検出限界を数値として定めていないため、論文はこれらを「活性がない」ではなく「検出可能な活性なし」と表現しています。

反応特性を比べると、分解が確認された4つの基質すべてで、Fra-βGLのほうがPru-βGLより触媒効率が高くなりました。Fra-βGLの効率がもっとも高かったのは合成基質pNP-Glcです。天然のフラボノイド配糖体の中ではクエルセチン7位配糖体が最も高く、この基質ではPru-βGLの約5倍の触媒効率でした。熱安定性は両者で異なり、高い温度で残っていた活性はPru-βGLのほうが大きかったと報告されています。

発現解析では、この遺伝子の転写産物は、そう果、根、花弁で比較的多く見られました。そう果では、白い段階から熟した段階へ向かって減っていく傾向がありました。花托ではどの熟度段階でもおおむね一定でした。配列解析からは、細胞内の液胞に運ばれる可能性が示されています（予測確率0.63）。分子ドッキングでは、7位配糖体と3位配糖体とで、結合部位での向きや相互作用が異なる可能性が示されました。

この報告が示すこと

研究チームは、今回の結果によって、試験管内でのFra-βGLの性質と基質の選り好みが明らかになったとしています。Fra-βGLは、同じフラボノイドでも糖が7位に付いたものを3位に付いたものより優先して扱う酵素です。著者らはこれを、イチゴのフラボノイド配糖体の代謝に関わる可能性のある候補酵素と位置づけています。

ただし、論文は限界も明記しています。今回のデータは試験管内の実験だけによるもので、イチゴ果実の中で実際にどんな役割を果たしているかは、これだけでは確定できません。分子ドッキングから得た構造上の説明も、実験による検証を要する仮説として扱うべきだとしています。発現量の見積もりについても注意が必要です。由来の異なる公開データをまとめて解析しているため、品種、栽培条件、実験手順の違いなどの影響を受けている可能性があると述べられています。

原著論文の著者・所属：Ibrahim Rabeeah（Research Group Phytochemistry and Biochemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering, Technische Universität Wien, 1060 Wien, Austria）、Alberto Zavarise（Research Group Phytochemistry and Biochemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering, Technische Universität Wien, 1060 Wien, Austria）、Alessandro Manghi（Department of Engineering for Industrial Systems and Technologies, University of Parma, Parco Area delle Scienze 181/A, 43124 Parma, Italy; Research Group Phytochemistry and Biochemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering, Technische Universität Wien, 1060 Wien, Austria）、Viktoria Gruber-Schmidt（Research Group Phytochemistry and Biochemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering, Technische Universität Wien, 1060 Wien, Austria）、Matthias Hackl（Research Group Phytochemistry and Biochemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering, Technische Universität Wien, 1060 Wien, Austria）、Renate Paltram（Research Group Phytochemistry and Biochemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering, Technische Universität Wien, 1060 Wien, Austria）、Manfred Gössinger（Department of Fruit Processing, Federal College and Institute for Viticulture and Pomology, Wiener Straße 74, 3400 Klosterneuburg, Austria）、Luca Cattani（Department of Engineering for Industrial Systems and Technologies, University of Parma, Parco Area delle Scienze 181/A, 43124 Parma, Italy）、Karl Stich（Research Group Phytochemistry and Biochemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering, Technische Universität Wien, 1060 Wien, Austria）、Hester Sheehan（Research Group Phytochemistry and Biochemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering, Technische Universität Wien, 1060 Wien, Austria）、Heidi Halbwirth（Research Group Phytochemistry and Biochemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering, Technische Universität Wien, 1060 Wien, Austria）、Christian Haselmair-Gosch（Research Group Phytochemistry and Biochemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering, Technische Universität Wien, 1060 Wien, Austria）

※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）：Ibrahim Rabeeah, Alberto Zavarise, Alessandro Manghi, et al. Characterization of a β-Glucosidase from Fragaria × ananassa: Substrate Specificity, Catalytic Efficiency, and Structural Insights. Foods（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-17. DOI: 10.3390/foods15183290. 原著ライセンス：CC BY.