著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

収穫後の果実は、細胞の代謝を抑えて日持ちを延ばすために低温で保存されます。しかし温度が合わないと、果実は「低温障害」を起こします。モモでは果肉の褐変、果皮の赤みの増加、果肉が綿のようにぼそぼそになる変化、表面の硬さの低下などが典型的な症状で、品質が大きく落ち、保存できる期間も限られます。

動物にも植物にも存在するメラトニンという物質を外から与えると、果実の低温への耐性が高まることがこれまでに報告されてきました。その説明には、ポリアミンと呼ばれる物質群がよく登場します。ポリアミンのうちスペルミジンとスペルミンは、細胞の膜やたんぱく質の構造を安定させ、ストレスへの耐性を高めるとされています。一方、植物ホルモンのエチレンは果実の成熟、軟化、老化に関わります。

スペルミジン・スペルミンとエチレンは、どちらも「SAM（S-アデノシルメチオニン）」という共通の原料から作られます。SAMをポリアミン合成へ回す鍵となる酵素がSAMDC、エチレンの直接の前駆体であるACCへ回す中心的な酵素がACC合成酵素です。冷蔵中のメラトニン処理果実で、ポリアミンとエチレンがどのような関係にあるのか、2つの酵素がSAMを取り合う関係にあるのかは、十分に解明されていませんでした。研究チームは、メラトニンがモモの低温耐性を高める仕組みを、この2つの酵素の働きから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、中国河南省で育成され華北で広く栽培されているモモ品種「豫仙3号（Yuxian 3）」を使いました。果実は大きく食味もよい一方、低温に弱い品種です。2023年、2024年、2025年の各6月に、病害虫の被害がなく大きさ・形・色のそろった果実を420個ずつ収穫し、60個ずつ7つの群に無作為に分けました。

冷蔵のみの群では、果実を脱イオン水に30分浸し、25℃で45分風乾したあと、湿度80%、4℃で10日間保存しました。著者らの予備実験と過去の研究から、この条件で低温障害が生じることが分かっていました。メラトニン処理群では、浸す液に0.1 mMのメラトニンを加えました。さらに、SAMDCの働きを強く特異的に抑える阻害剤MGBG（0.2 mM）と、ACC合成酵素を抑える阻害剤AVG（10 μM）を使い、メラトニンと組み合わせた群や阻害剤だけを加えた群も設けました。片方の酵素を止めたときに、もう片方の酵素や果実の状態がどう変わるかを見ることで、SAMの取り合いという考えを確かめるためです。

低温障害の程度は、褐変した面積、細胞膜の物質の通しやすさ（膜が傷むと高くなります）、果実表面の硬さ、果実の縦断面の写真で判断しました。あわせて、3種類のポリアミン（プトレシン、スペルミジン、スペルミン）の量、プトレシン合成に関わるアルギニン脱炭酸酵素とSAMDCの活性、ACCの量、ACC合成酵素の活性、エチレンの放出速度を測りました。実験は3年にわたり毎年3反復で行い、計9回の独立した試験の平均値を統計的に比較しました。

主な報告結果

メラトニン処理は、モモの低温障害を大きく和らげました。冷蔵のみの果実に比べ、褐変面積と細胞膜の透過性が低下し、表面の硬さは高く保たれました。

メラトニン処理した果実では、冷蔵のみの果実に比べてスペルミジンとスペルミンが増え、プトレシンは減りました。アルギニン脱炭酸酵素の活性の変化はプトレシン量の変化と一致しませんでした。著者らは、プトレシンがSAMDCの働きでスペルミジンとスペルミンへ変換されたためと考えています。

SAMDCの活性（果実の生重量1 gあたり1秒間に生じる放射性二酸化炭素の量で表示）は、冷蔵によって0.9から1.5 μmolへ上がり、メラトニン処理でさらに4.9 μmolまで高まりました。MGBGを加えると、メラトニンによる上昇は1.8 μmolへと大きく打ち消されました。一方、AVGはメラトニンの効果に影響しませんでした。冷蔵のみの果実でも、MGBGは活性を1.5から0.8 μmolへ下げました。

エチレン側では、メラトニン処理によってACC合成酵素の活性、ACCの量、エチレンの放出速度がいずれも低下しました。阻害剤の実験では、冷蔵果実にMGBGを加えるとSAMDC活性とスペルミジン・スペルミンが減り、ACC合成酵素活性、ACC量、エチレン放出は増え、低温耐性は下がりました。逆にAVGを加えると、ACC系は低下し、SAMDC活性とスペルミジン・スペルミンが増え、低温耐性は高まりました。メラトニン処理果実にMGBGを加えると、ACC合成酵素活性が上がり、果実の鮮度品質はかなり低下しました。AVGはACC合成酵素を強く抑えましたが、SAMDC活性や鮮度品質には影響しませんでした。

この報告が示すこと

研究チームは、冷蔵中のモモではSAMDCがACC合成酵素と共通の原料SAMを優先的に取り合い、メラトニンはその競合をおそらく強めると結論づけました。その結果、SAMがエチレンよりもスペルミジン・スペルミンの合成へ多く回り、低温耐性が高まるという仕組みです。著者らによれば、通常の環境では両者の合成はバランスが保たれ、競合関係はないとされてきましたが、低温下ではそのバランスが崩れていました。増えたスペルミジンとスペルミンは膜やたんぱく質に結合して構造を安定させると著者らは説明しています。この知見は、冷蔵中の果実の日持ちを延ばす農業資材としてメラトニンを使うための理論的な根拠になると述べられています。

ただし、競合関係を直接示す証拠はまだ得られておらず、放射性同位体で標識したSAMの流れの解析や、両酵素の遺伝子・たんぱく質の発現量の調査が必要だと著者らは述べています。また、実用化にあたっては、品種ごとに最適なメラトニン濃度と保存温度を確かめる必要があり、仕組み自体も植物ホルモン同士の相互作用や遺伝子発現などが関わるかなり複雑なものだろうとしています。

原著論文の著者・所属：Hongyang Du（College of Life Science and Agronomy, Field Observation and Research Station of Green Agriculture in Dancheng County, Zhoukou Normal University, Zhoukou 466001, China）、Guting Liu（College of Biological Science, China Agricultural University, Beijing 100193, China）、Yuxin Xia（College of Life Science and Agronomy, Field Observation and Research Station of Green Agriculture in Dancheng County, Zhoukou Normal University, Zhoukou 466001, China）、Yiting Guo（College of Life Science and Agronomy, Field Observation and Research Station of Green Agriculture in Dancheng County, Zhoukou Normal University, Zhoukou 466001, China）、Jiabao Tang（College of Life Science and Agronomy, Field Observation and Research Station of Green Agriculture in Dancheng County, Zhoukou Normal University, Zhoukou 466001, China）、Huaipan Liu（College of Life Science and Agronomy, Field Observation and Research Station of Green Agriculture in Dancheng County, Zhoukou Normal University, Zhoukou 466001, 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）：Hongyang Du, Guting Liu, Yuxin Xia, et al. Exogenous Melatonin Enhances the Cold Tolerance of Harvested Peach (Prunus persica Batsch) Fruit by Elevating SAMDC and Decreasing ACC Synthase Activities. Plants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-18. DOI: 10.3390/plants15162497. 原著ライセンス：CC BY.