2023-12-22 京都大学
カプサイシンは、トウガラシに特有の辛味成分です。トウガラシはナス科植物ですが、トマトやジャガイモなど他のナス科植物はカプサイシンを合成しません。なぜトウガラシだけ辛味成分を作れるのか?というカプサイシン生合成の種特異性のメカニズムはよくわかっていません。
この度、田中義行 農学研究科教授、佐野香織 城西大学准教授、古旗賢二 同大学教授の共同研究グループは、カプサイシンの強い辛味発現に重要なアミド結合をもたらす酵素遺伝子putative aminotransferase(pAMT)に着目し、トウガラシと他のナス科植物のゲノム比較を行いました。pAMTは、アミノ酸の一種γ-aminobutyric acid(GABA)の代謝に関わる遺伝子γ-aminobutyric acid aminotransferase(GABA-T)と配列がよく似ていることが報告されていました。本解析の結果、pAMTは、葉緑体局在型GABA-Tを起源として、遺伝子重複と細胞小器官局在シグナルの喪失により生じた細胞質局在型GABA-Tの一種であることが明らかになりました。次に、トウガラシが持ついくつかのGABA-T遺伝子の中でも、pAMTのみがカプサイシン合成部位である胎座で特異的に発現していることが示されました。pAMTはバニリンからバニリルアミンの合成を触媒しますが、組換えタンパク質を用いた酵素活性測定により、in vitroの系でもpAMTがバニリンに対して高い触媒活性があることが示されました。細胞質局在型GABA-Tは、トマトやジャガイモにも存在しており、カプサイシンとは化学構造が全く異なるアルカロイドの生合成に関わることが報告されています。トマトの細胞質局在型GABA-TはpAMTとは異なり、植物体全体で発現しています。さらに、これらはバニリンに対する触媒活性はあるものの、pAMTと比べると30分の1ほどでした。
以上の結果から、pAMTはナス科植物が広く持つGABA-Tの一種ながらも、他のGABA-Tにはない「胎座特異的な転写パターン」と「バニリンに対する高い触媒活性」の両面でカプサイシン合成に特化した遺伝子と考えられます。つまり本研究は、トウガラシだけがカプサイシンを合成するという種特異性のメカニズムの一端を明らかにしたと考えられます。
本研究成果は、2023年12月20日に、国際学術誌「The Plant Journal」にオンライン掲載されました。
研究者のコメント
「トウガラシは、コロンブスの新大陸発見以降に世界中に広まり、その辛味により人類を魅了してきた植物です。私たちは、辛味の起源を知ることで、その知見を新しい野菜や食材開発に活かしていきたいと考えています。また、そもそもカプサイシンはトウガラシにとって、辛味を感じる哺乳類を遠ざけ、辛味を感じない鳥を効率的な種子散布者として選択する役割を果たしたと言われています。トウガラシはいつ辛味成分を作るようになったのか?、辛味成分がトウガラシの繁殖にどの程度貢献したか?など辛味に関する疑問は尽きません。」
詳しい研究内容について
トウガラシだけが辛味成分カプサイシンを作るメカニズムの一端を解明
研究者情報
研究者名:田中 義行
