Research press release

遺伝学:大きさを犠牲にすることなく、より甘みを増したトマトの開発

Nature

トマトの2つの遺伝子を変化させることで、重量や収穫量を犠牲にすることなく、甘くできることを報告する論文が、Nature に掲載される。この発見は、トマトの糖分蓄積の遺伝的および分子的メカニズムを解明する手がかりとなる。

ほとんどの消費者は、より甘いトマトを好み、糖度がより高くなるとトマト加工業界にとって経済的価値が高まる。しかし、遺伝的関連性により、トマトの甘さと大きさを両立させることは難しいことが多い。トマトが栽培化される過程で、育種家たちは果実の大きさを優先してきたため、野生種と比較して果実の大きさは10– 100倍にもなったが、その代償として甘味が失われた。現代のトマト品種改良の重要な目的は、果実の糖度を高めつつ、少なくとも果実の大きさは維持する、あるいは、大きくするというもので、これは困難な課題であることが証明されている。

Sanwen Huangらは、栽培種と野生種のトマトを比較し、トマトの糖蓄積の主要な調節因子として、SlCDPK27とSlCDPK26という2つの遺伝子を特定した。これらの遺伝子によってコードされるタンパク質は、スクロース(ショ糖)の生成を担う酵素と相互作用し、その分解を促進する。研究チームは、CRISPR技術を用いてトマトのSlCDPK27とSlCDPK26をノックアウトし、植物の重量や収穫量を減らすことなく、果実中のグルコース(ブドウ糖 )とフルクトース(果糖)のレベルが最大30%増加したことを報告している。しかし、遺伝子編集されたトマトは、種子の数が少なく、かつ軽かったが、種子の健全性と発芽率への影響は最小限にとどまったという。

また、著者らは、SlCDPK27とSlCDPK26がさまざまな植物種で保存されていることを発見しており、この発見は他の作物にも応用できる可能性を示唆している。同時掲載のNews & Views記事で、Amy Lanctot と Patrick Shihは、「この研究は、果実における資源の分配の理解と、世界的な作物改良への影響という点で、非常に大きな前進である」とコメントしている。

Zhang, J., Lyu, H., Chen, J. et al. Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08186-2
 

Tomatoes could be made sweeter without sacrificing their weight or yield by altering two genes, according to a study published in Nature. The findings shed light on the genetic and molecular mechanisms underlying sugar accumulation in tomatoes.

Most consumers prefer sweeter tomatoes and higher sugar content increases the economic value for the tomato processing industry. However, genetic linkage often makes it difficult to achieve both sweetness and size in tomato plants. During the domestication of tomatoes, breeders have prioritized fruit size, resulting in fruits that are now 10–100 times larger than their wild ancestor, at the expense of sweetness. An important objective of modern tomato breeding is to increase fruit sugar concentration while at least maintaining, if not increasing, the fruit size, which has proven challenging.

Sanwen Huang and colleagues compared cultivated and wild tomato species and identified two genes, SlCDPK27 and SlCDPK26, as key regulators of sugar accumulation in tomatoes. The proteins encoded by these genes interact with and enhance the degradation of an enzyme responsible for sucrose production. Using CRISPR technology to knock out SlCDPK27 and SlCDPK26 in tomatoes, the researchers report an increase in glucose and fructose levels by up to 30% in the fruit, without reducing weight or yield from the plants. However, the gene-edited tomatoes produced fewer and lighter seeds, although they note that seed health and germination rates were minimally affected.

The authors also found that SlCDPK27 and SlCDPK26 are conserved across a range of plant species, suggesting that the findings could potentially be applied to other crops. In an accompanying News & Views article, Amy Lanctot and Patrick Shih comment that the “work represents an exciting step forward in the understanding of resource partitioning in the fruit, and its implications for crop improvement worldwide.”
 

doi: 10.1038/s41586-024-08186-2

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