Title Molecular Biological Studies on Ascorbate Metabolism duringPostharvest Senescence of Broccoli Florets( 内容・審査結果の 要旨(Summary) ) Author(s) 西川, 芙美恵 Report No.(Doctoral Degree) 博士(農学) 甲第313号 Issue Date 2004-03-15 Type 博士論文 Version publisher URL http://hdl.handle.net/20.500.12099/2654 ※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。
氏 名(本個)籍) 李 位 の 種 類 学 位 記 番 号 学位授与年月 日 学位一授与の要件 研究科及び専攻 研究指導を受けた大学 学 位 論 文 題 目 審 査 委 員 会 西 川 英美恵 (岐阜県) 博士(農学) 農博甲第313号 平成16年3月15日 学位規則第4条第1項該当 連合鹿学研究科 生物生産科学専攻 静岡大学 MolecularBiologic&lStudieson･Ascofbate MetabolismduringPostharveStSenescenceof BroeeoliFbrets (ブロッコリー小花の収穫後の老化におけるアス コルビン酸代謝の分子生物学的研究) 主査 静岡大学 教.授 兵 藤 副査 静岡大学 助教授､山 脇 副査 岐阜大学 教 授 前 澤 副査 信州大学 教 授 ■佐々木 副査 朗大学点字蕃▼1｣教授 大 村 宏 樹 禎一男 和垂 晋 三 論 文 の 内 容 の 要 旨 アスコルビン酸(ビタミンQは動物,植物において非常に重要な成分である｡ヒトは アスコルビン酸を合成出来弟そのため必要なアスコルビン酸の大部分を果実や野菜より
摂取している,植物においてはアスコルビン酸の濃度は種や由官,組織によって異なるが,
一般にアスコルビン酸は豊富に存在する｡アスコルビン酪ま還元性にすぐれ生体で抗酸 化物質として大変重要な役割を有する｡またジオキシゲナーゼの補酵素として細胞代謝に 不可欠な物質として存在する｡植物におけるアスコルビン酸代謝の研究は近年活発に行わ れてぃる｡本論文おいてアスコルビン酸の代謝(合皮酸化)をアスコルビン酸の生成∴ 酸化に関与する酵素の遺伝子発現より代謝や変動と調節を明らかにし,アスコルビン酸の レベルを調節する因子(化合物)の作用を明らかにしようとした｡ ブロッコリーは栄養価の高い野菜であるが,収穫後常温で貯蔵すると急速に老化が進行 する｡ブロッコリーの通常食用とする部分は小花(花膏)であり,小花は未熟な花の器官 で代謝の活性は非常に高い｡小花のアスコルビン酸含量は非常に高いが,収穫後の老化と 共に,急速に減少する｡本論文ではこのアスコルビン酸の減少の機構が詳しく調査され･ アスコルビン酸の代謝,分解の挽構が研究された｡アスコルビン酸はL-ガラクトノラク トンから早トコンドリアに存在する脱水素酵素(Gu澹Ⅰ)によって合成される｡アスコル ビン酸ペルオキシダーゼ(APX)はアスコルビン酸を酸化する主要な酵素で,同時に過酸 化水素を水に還元する｡酸化されたアスコルビン酸吼アスコルビン酸再生酵素であるモ-24-ノデヒドロアスコルビン酸還元酵素仇肛鳩R)や酸化型アスコルビン酸還元酵素伽仏心 の作用によって再びアスコルビン酸に還元される｡酸化型アスコルビン酸が･D托ARによ って還元されるとき列レタチオンが酸化される｡酸化型グルタチオンはのレタチオン還元 酵素(G幻.により再びグルタチオンに還元される｡このようにアスコルビン酸ペルオキ シダーゼ仏PX)lま効率的なアスコルビン酸･グルタチオンサイクルと連結することによ り,細胞質,葉緑附こおける過酸化水素の蓄積を防いでいる｡アポブラストで札アスコ ルビン酸はアスコルビン酸酸化酵素仏0)により酎ヒされる｡ アス●コルビン酸含量はプロツコリ■一晩Ⅷ血血糊L.Ⅷ肋)小花(花膏)にお いて収穫後急速に減少する｡そこで,ブロッコリーの小花の組織で収穫後A玖MDÅR 叫OR,GL叫AOの遺伝子発現を調査した｡細胞質に存在するアスコルビン酸代謝
関連酵素をコードしている一連の遺伝子及卿叩郎朋ガ弦厳)<取捌0の
発現量は収穫後ブロッコリー小花で上昇した｡一方,葉緑体に存在するAPXをコードし ている遺伝子である瑚棚の発現量は収穫後12時間以内にブロッコリー 小花で減少したこさらに,ミトコンドリアに存在するGLDHの遺伝子であるβ0イ払a仔 や他の葉緑体に存在する辞素の遺伝子,仙,β0｢α払尺も収穫後24時間以内に急 速に減少した｡このこと吼収穫後,葉緑体の活性酸素消去系が大きく崩壊することを示唆している｡その結果,酸化されたアスコルビン熟ま再び還元さ中ることなく,さらに代
謝されていくと思われる｡ブロッコリー小花におけるエチレン処理吼アスコルビン酸の 減少にも,上記の遺伝子の発現量にも影響を与えなかった｡このことはアスコルビン酸の 減少が収穫後のエチレシ生成量の増大と独立に起こっていることを示唆している｡ジャス モン酸,アブシジン酸を収穫されたブロッコリーに処理すると,小花のアスコルビン酸含 量の減少は加速し,ミトコンドリアの酵素,葉緑体型酵素遺伝子の発現は抑制された｡こ れらの結果から,アスコルビン酸代謝はアスコルビン酸が減少するようなストレス環境下 にあるとき,転写レベルの制御によって葉緑体で不活性化するが細胞質では活性化する傾 向にあることが分かった｡ブロッコリー収穫後,小花ではスクロース含量が急速に減少し た｡ブロッコリーにスタロースを処理すると,小花めがく片の脱線とアスコルビン酸含量 の減少は抑制され葉緑体のアスコルビン酸代謝とミトコンドリア由来のアスコルビン酸 合成に関わる遺伝子の発現量は増大した｡これらの結果からスクワースはアスコルビン酸 の代謝,合成の遺伝子を制御することによりアスコルビン酸含量に影響を及ぼすこと,葉 からのスクロースの供給停止が収穫後のブロッコリー小花におけるアスコルビン酸含量減 少の大きな要因になり得る.ことが示された｡ 審 査 結 果 の 要 旨 本論文ではブロッコリーの小花㈱において収操後どのようにアスコルビン酸(ビ タミンQが代謝されるか,何故小花の老化と共にアスコルビン酸含量が急汝に低下する かを,アスコルビン酸の合成分賂再生に関わる各種酵素の連伝子発現を詳細に調査し て,その機構を明らかにした｡またこれら遺伝子の発現を調節している要因,因子の存在 も発見し,その関わりも説明した｡アスコルビ瀾財ヒの酵素としてアスコルビン酸ペル オキシタ｣ゼ仏PX)が深く関与しており,APXの酵素学的性質,物理化学的性質,遺 伝子の構造が詳しく研究された｡APXはアスコルビン酸を酸化すると同時に過酸化水素 を水に還元し,活性酸素消去系の酵素として重要な役割を有している｡アスコルビン酸の合成に関わる酵素,しガラクトノラクトン脱水素酵素細)はミトコンドリアに局在 し,酸化型アスコルビン酸の還元(再封に関わる酵素,モノデヒドロアスコルビン酸還 元辞素仇肛旭R)及び酸化型アスコルビン酸還元酵素伽払R)は葉緑体,細胞質に存在 する｡アスコルビン酸の代敵こ関与するそれぞれの酵素はアイソザイムとして細胞内れレ
ガネラに存在する｡それ艶それぞれの部位における酵素活性を測定するよりも特定のア
イソザイムの遺伝子発現を調査する方が正確に酵素の発免挙動を知ることが可能である と考えた｡本論文ではとりわ玖ブロッコリー小花のアスコルビン酸の分解に関して,葉 緑体に存在するAⅨの遺伝子瑚卿MDARの遺伝子助,.DH瓜 の遺伝子助凡ミトコンドリアに存在する乱DRの遺伝子鋸刀仔の発現が急速 に低下することが小花(小花がく片の葉緑体)におけるアスコルビン酸含量の急激な減少 をもたらし,葉緑体の活性酸素消去能低下に導くことが結論された収穫後これらの代謝 の変軌がもたらされる要因として植物体(とりわl働から小掛こ輸送されると考え られるスクロースの供給が断たれることが重要であることが明らかにされた｡すなわちス クロースlまエネルギー渡として,一方アスコルビン酸代謝に関わる酵素の遺伝子発現を調 節していることが予翻された｡本論文に述べられた上記の研究結果は新たに発見された事 実として注目される｡とりわけ本論文の主要な内容が国際的にすぐれた評価を有する, 血m山椚知慮服地1放鹿町(学位論文の基礎となる学術論文3)に発象掲載されたこ とは特筆に燈する｡一本論文は英帯で書かれ英文は明快で内容は独創性に富訊考察は 非常に論理的である｡以上について･審査委員全員十致鱒靭漣朗蝉酵料の学位論文
として十分価値あるものと認めたこ 学位論文の基礎となる学術論対ま以下の通りである￠編)｡ 1･辿･,馳叫M,恥T,W如8R,恥札叫Y,蝕由叫M血恥M P00l)馳野鱒鮎血鵬mぱa血ぬ由血丑鵬ば旭h∝∝舶血晦･蜘.エ J如血如馳正三奴,間牌‥恥715. 2･過勤吼下り馳叫M,Ⅶ如&R,恥札叫Y,軸喝M鉱山Ⅶ叫MP003)T如 血h鹿画触nk00∝此他山叫画血血地ば血血 叫騨感血駄血tB址旭鳳,かP):14ネ156. 3･過勤臥雲り馳ぬ,M,帥托,鮎叫Y,軸如M鉱山協叫M印の)A父0Ⅰ玩鹿･ m虚血舶弧血摘由比00∝瓜工叫B叫封P免):封39捌8. 既発表の学術論文は以下の通りである裾掛｡ 1･W地肌血ちK,伽叫U迦垂粗銅仙伽ぬ且御町鱒飢摘叫1j伽飴軋 光昭冷血心地上向軌加地此馳,㊥￠):の"10. a恥M,馳此りソ的略R,迦垣準星恥軋恥℃如由l喝M血協叫M叩Ⅵ仙糎画由h血甲血眈ザh昭一由血亜む山地曲d仙
勒鉱山叫両群血戚s血b血1i血咄叫B姐旭丸,封(1):軌78. 3･Ⅶ喝R,恥M,肋,℃通勤孔F･,恥乱,叫Y,軸如吼M虻が伽ぬM 叩α血痩血画皿嘩ば画糎坤ge膿ml,B皿 血BO亜S血地扁瓜エJ如弧訣覿肋誠,71￠):お猶. ー26-. ■l■ll_tl･･･ ･ .･ .1.+■.4･恥托,地軸S･,血鳴℃Ni血此,托縦d軸叫声.P003)叫l聞械0甲血虚血
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