著者の所属・活動拠点の国は、パキスタン、中国です。

掲載誌：Plant Science Horizons

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

ラッカーゼは、銅を含む酸化酵素（マルチ銅オキシダーゼ）の一種です。適した物質を酸化し、その際に酸素を水に変えます。植物では、細胞壁を硬くするリグニンという物質の形成や、細胞壁の発達に関わります。シロイヌナズナでは、特定のラッカーゼが茎のリグニン化に役割を持つことが実験で示されています。また、マイクロRNAの一種であるmiR397がラッカーゼを調節するしくみは、ポプラやシロイヌナズナで調べられてきました。

研究チームが対象にしたのは、重要な園芸作物で、果実の発達や環境応答の研究モデルでもあるトマトです。トマトのゲノム（全遺伝情報）からラッカーゼ遺伝子の候補を見つけ出し、次の点を記述しようとしました。候補の性質、染色体上の位置、遺伝子の構造、類縁関係、miR397の標的となる可能性、さまざまな条件での発現の様子です。著者らはこの解析を、今後の実験で確かめるべき候補遺伝子と仮説を絞り込むためのものと位置づけています。リグニン化、果実の成熟、ストレス耐性での役割を因果的に示すことは目的にしていません。

何を、どのように調べたか

研究チームは、公開データベースのSol Genomics Networkからトマトのゲノム配列と注釈情報を取得しました。シロイヌナズナのラッカーゼのタンパク質配列を手がかりに、似た配列をトマトのタンパク質データベースから検索しました。マルチ銅オキシダーゼに特徴的な配列パターンによる検索も行っています。見つかった候補については、保存された領域（ドメイン）を持つかどうかを確認しました。

候補遺伝子から予測されるタンパク質について、コンピューターで次の項目を計算・予測しました。アミノ酸の数、分子量、等電点（タンパク質全体の電荷がつり合うpH）、GRAVY値（水になじみやすいか、油になじみやすいかの指標）、細胞内のどこにあるかの予測です。あわせて、染色体上の位置と、遺伝子内のエキソン（タンパク質の情報を持つ部分）の数を調べました。トマト単独、およびトマトとシロイヌナズナを合わせたラッカーゼの系統樹も作成しました。系統樹は近隣結合法で作り、1000回の再抽出（ブートストラップ）で枝の支持の強さを評価しています。miR397の標的となりうる部位は、予測ツールpsRNATargetで探しました。

発現を調べるため、トマト品種Micro-Tomを温室で育てました。根・茎・葉、つぼみと花、成長段階の異なる果実を採取しています。植物ホルモン処理では、生後12日の芽生えを培養液に浸しました。培養液には、エテホン（エチレンを放出する化合物）、ジベレリン、オーキシン（インドール酢酸）、サリチル酸、ジャスモン酸のいずれかを20μM加えています。ホルモンを加えない培養液を対照とし、0〜12時間後に根と地上部を採取しました。ストレス処理は生後1か月の植物を対象としました。4℃の低温と200mMの食塩水で処理し、0〜12時間後に葉を採取しています。乾燥処理では最長15日間水やりを止め、十分に水を与えた植物と比べました。原著の手順では、遺伝子の発現量はリアルタイム定量PCRで測り、基準となる遺伝子SlUBIに対する相対値として求めたとされています。

主な報告結果

解析の結果、トマトのラッカーゼ遺伝子の候補として24個（SlLAC1〜SlLAC24）が得られました。ラッカーゼに特徴的な配列領域が保存されていたことが、これらを候補のマルチ銅オキシダーゼとみなす根拠とされています。予測されたタンパク質は484〜614アミノ酸で、分子量は53.78〜68.72kDaでした。等電点は6.51〜10.21で、多くは7を上回る塩基性でした。GRAVY値はすべて負（−0.330〜−0.001）で、全体として水になじみやすい傾向を示しました。

24個の遺伝子は、トマトの12本の染色体のうち10本に分布していました。5番染色体に5個、6番と9番にそれぞれ4個があり、3番と8番には見つかりませんでした。エキソンの数は4〜7個で、6個のものが最も多くみられました。細胞内の場所の予測では、24個中14個が葉緑体、4個が細胞外と判定されました。系統樹では、トマトの遺伝子がいくつかのグループに分かれました。トマトとシロイヌナズナを合わせた系統樹には、シロイヌナズナのAtLAC1を含み、トマトの遺伝子を含まないグループもありました。

miR397の標的予測では、8個の遺伝子（SlLAC2、7、12、14、15、16、20、21）が標的となりうると判定されました。

発現のパターンは、組織や果実の段階、ストレスやホルモンの種類によってさまざまでした。SlLAC23は、根（報告値86.39）、葉（31.04）、大きさ1・2・3cmの若い果実（それぞれ70.06、57.51、27.19）など、複数の試料で高い値を示しました。SlLAC22は、花（1137.02）とつぼみ（895.70）で際立って高い値を示しました。ストレスやホルモン処理でも、時間による値の変わり方は遺伝子ごとに異なりました。例えばエテホン処理では、早い時間帯に値が高くなる遺伝子と、遅い時間帯に高くなる遺伝子がありました。

この報告が示すこと

著者らは今回の結果を、どのラッカーゼ遺伝子を優先して検証すべきかを示すものと位置づけています。各遺伝子の生理的な機能を確定したものではないとしています。今後の検討候補として特に挙げられているのは、花に偏った発現を示すSlLAC22と、多くの組織で発現するSlLAC23です。

著者ら自身が、多くの限界を明記しています。細胞内の場所はあくまで予測です。葉緑体という判定が多かったことは、多くの植物ラッカーゼが細胞外や細胞壁で働くという既知の知見と食い違っており、実験による確認が必要とされています。miR397については、報告された解析では、実際の発現量も標的の切断も測定されていません。そのため、予測が実際の調節を意味するわけではありません。系統樹の深い枝は支持が弱いとされています。遺伝子重複の解析も提示されていないため、染色体上で近くにあることを重複の証拠とはしていません。

発現データにも課題が残ります。図の採取時刻が実験手順の記載と一致しないこと、発現データの出どころ・単位・標準化が確定していないことが挙げられています。原著は、再現性のある解釈には完全な統計の報告が必要だとしています。反復に基づく統計解析がなければ、ヒートマップ上の見た目の違いから、発現の有意な増減や組織への偏りは結論づけられないとも述べています。リグニン化、生殖器官の発達、ホルモン応答、ストレス耐性での役割を明らかにするには、遺伝子の改変、酵素活性の測定、局在の検証などの実験が必要だとしています。

原著論文の著者・所属：Sidra Ashraf（Department of Biochemistry , University of Agriculture Faisalabad , Pakistan）、Farwa Yaqoob（Department of Biochemistry, University of Agriculture Faisalabad, Pakistan）、Noor ul Ain（Department of Biochemistry, University of Agriculture Faisalabad, Pakistan）、Sana Basharat（College of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou, Hainan, 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）：Sidra Ashraf, Farwa Yaqoob, Noor ul Ain, et al. Genome-Wide Identification and Expression Profiling of the Laccase Gene Family in Tomato (Solanum lycopersicum) under Abiotic Stress and Hormonal Treatments. Plant Science Horizons 2026-11-10. DOI: 10.66835/psh.2026.e0013. 原著ライセンス：CC BY.