花色の青色化に関わるフラボンC-配糖体の生合成酵素「2HDH」の立体構造を解明
―「第43回日本植物バイオテクノロジー学会」で発表―

サントリーグローバルイノベーションセンター株式会社（SIC）は、花色の青色化などに関わるフラボンC-配糖体の生合成酵素「2-水酸化ナリンゲニン6-C-グルコシド脱水酵素（2HDH）」の立体構造を明らかにしました。また、2HDHを含む4つの遺伝子を導入したペチュニアで、フラボンC-配糖体の生成と花色の青方向への変化を確認しました。本研究成果を「第43回日本植物バイオテクノロジー学会（鳥取）大会」で発表しました。

研究の背景

フラボンC-配糖体は多くの植物に存在し、花色の青色化など多様な機能を担っています。その生合成には複数の経路があることが知られています。

ナデシコ科では、イソビテキシンなどのフラボンC-配糖体は、ナリンゲニンから2-水酸化ナリンゲニン（2HN）、2-水酸化ナリンゲニン6-C-グルコシド（2HN6CG）を経て、「2-水酸化ナリンゲニン6-C-グルコシド脱水酵素（2HDH）」の働きによってつくられます。

SICでは2024年の本大会において、ナデシコ、カーネーション、Silene、Heliospermaの2HDH遺伝子のクローニングを報告しましたが、この酵素がどのような立体構造をもつのかは明らかになっていませんでした。そこで今回の研究では、2HDHの立体構造を解析するとともに、異なる植物に遺伝子を導入した際にも機能するかを検証しました。

研究成果

まず、大腸菌で発現させたSilene由来2HDHの結晶をX線構造解析した結果、2HDHは樽状のcupinドメインを2つ持つbicupinタンパク質で、ホモ三量体を形成していることが明らかになりました。cupinタンパク質の多くは金属イオンを含みますが、2HDHには認められませんでした。また、その一次構造および立体構造は、種子の貯蔵タンパク質である7Sグロブリンに類似していることも分かりました。

次に、2HDHが異なる植物でも機能するかを検証するため、甘草由来のフラバノン2-水酸化酵素、ソバ由来の2HN 6-C-グルコシル基転移酵素（CGT）、カーネーション由来の2HDHの遺伝子に加え、青色化に必要なデルフィニジン型アントシアニンを生成させるため、カンパニュラ由来のフラボノイド3′,5′-水酸化酵素遺伝子をあわせてペチュニアに導入しました。

その結果、遺伝子を導入したペチュニアの花弁からイソビテキシンなどのフラボンC-配糖体が検出され、アントシアニンとの相互作用によって花色が青方向に変化することを確認しました。この結果から、2HDH遺伝子は異なる植物でも機能し、花色改変への応用が期待されます。

研究の意義と今後の展望

植物が持つ多彩な花色を理解し、新たな花色を生み出すためには、アントシアニンなどの色素だけでなく、それらとともに働くフラボンC-配糖体などの成分や、その生合成の仕組みを深く理解することが重要です。

今回、フラボンC-配糖体の生合成に関わる2HDHの立体構造を明らかにするとともに、関連する遺伝子を導入した異なる植物でもフラボンC-配糖体が生成され、花色が青方向に変化することを確認しました。興味深いことに、2HDHは種子貯蔵タンパク質である7Sグロブリンとよく似ており、ナデシコ科の植物が進化の過程で、こうした既存のタンパク質から新たな酵素機能を獲得した可能性が示唆されます。

今後は、得られた立体構造をもとに反応機構の解明を進めるとともに、他の植物における花色改変への応用も検討していきます。こうした研究を通じて、フラボンC-配糖体の生合成や植物の花色形成メカニズムへの理解をさらに深め、新たな花色を生み出す研究や、植物科学のさらなる発展につなげていきます。

発表概要

学会名
第43回日本植物バイオテクノロジー学会（鳥取）大会

会期
2026年9月4日（金）～9月6日（日）

会場
とりぎん文化会館、鳥取市民会館

演題名
ナデシコ科におけるフラボンC-配糖体生合成に関与する2-水酸化ナリンゲニン6-C-グルコシド脱水酵素の構造解析および同遺伝子のペチュニアでの発現

発表者
田中 良和¹、中村 典子¹、槙嶋 理華子¹、村山 和隆²

所属
¹ サントリーグローバルイノベーションセンター株式会社
² 東北大学