SlSAM3はSlACS4と相互作用してブラシノステロイドシグナルを促進しトマト（Solanum lycopersicum）の果実着色を助ける

なぜトマトの色が重要か

トマトはサラダを彩るだけでなく、硬い緑色から柔らかな赤色への変化は風味、食感、栄養に深い変化をもたらします。生産者や育種家は、その色の変化が適切なタイミングと適切な強さで起こることを望みます。本研究は、ブラシノステロイドと呼ばれる植物ホルモンが、成熟を促す気体であるエチレンと協調して、果実内の主要なタンパク質をオンにすることでトマトを赤くする仕組みを探ります。

果実の成熟を後押しするホルモン

トマトは典型的な「呼吸急上昇型（climacteric）」果実で、成熟時にエチレンの放出が急増します。エチレンは緑色のクロロフィルの分解やリコピンなどの赤や橙のカロテノイド色素の蓄積を含む多くの成熟形質を駆動します。著者らは24-エピブラシノロライドという形のブラシノステロイドで発育中の果実を処理しました。適切な用量では、この処理により着色が早まり、クロロフィルが減少し、カロテノイドとリコピンが増加し、エチレン濃度が上昇しました。ブラシノステロイドの合成を阻害すると逆の効果が現れ、着色が遅れエチレンが低下しました。これらの反応は、ブラシノステロイドが果実内でエチレンを増やすことで成熟を助ける働きをすることを示唆します。

果実内の鍵スイッチの発見

ブラシノステロイドがどのようにエチレンと結びつくかを理解するために、研究チームはエチレンの出発点となる小分子S-アデノシルメチオニンを合成する酵素群に注目しました。トマトには関連する遺伝子が3つあり、そのうちSlSAM3と呼ばれる遺伝子はブラシノステロイドに強く反応しました：ホルモン処理で活性が上がり、ブラシノステロイドを阻害すると低下しました。SlSAM3はまた、果実が緑から赤へ移行する過程で他の姉妹遺伝子よりも強く発現が高まっていました。ゲノム編集ツールを用いてSlSAM3を欠くトマト植物と、過剰発現する植物を作成したところ、SlSAM3を多く持つ果実は早く熟して着色が進み、カロテノイドとエチレンが増加した一方、SlSAM3を欠く果実は長く緑色を保ちクロロフィルが残り、エチレン産生が低下しました。これらはSlSAM3がトマトの着色を駆動する強力な要因であることを示しています。

ホルモンの効果が一つの遺伝子に依存するとき

次に研究者らは、SlSAM3が欠損しているときにブラシノステロイドが依然として効果を示すかどうかを調べました。正常な植物やSlSAM3過剰植物にホルモンを散布すると、果実の着色はさらに速まり色素とエチレン濃度が増しました。しかしSlSAM3を欠く果実ではホルモン処理はもはや効果を示さず、着色は遅くリコピン、カロテノイド、エチレンは低いままでした。ブラシノステロイドはこれらの変異体で複数のエチレン合成遺伝子の活性も上げられませんでした。これらの結果は、SlSAM3がホルモン効果の中心に位置しており、この遺伝子がなければブラシノステロイドは成熟促進の多くの力を失うことを示します。

並列して働くタンパク質

エチレンは主に二段階の反応で生成され、その過程で重要な酵素の一つはSlACS4という遺伝子にコードされています。SlACS4はSlSAM3のレベルが高いと活性が上がるため、両者のタンパク質が物理的に相互作用するかどうかを検証しました。酵母やタバコ葉での複数のタンパク質相互作用解析により、SlSAM3とSlACS4酵素は実際に結合し、ブラシノステロイドはその結合を明確に強めることがわかりました。トマト果実でSlACS4を減少させると着色と色素蓄積が遅れ、逆にSlACS4を増やすと熟成が早まりました。しかし、SlSAM3を欠く果実ではSlACS4過剰による促進効果ははるかに弱く、SlACS4がエチレン生産と迅速な着色を完全に支えるためにはSlSAM3が必要であることを示しています。

より良いトマトのために意味すること

総じて、この研究は専門外の読者にもわかりやすい単純な物語を描きます：植物ホルモンであるブラシノステロイドがSlSAM3という遺伝子の発現を高めることでトマト果実に成熟を促すよう指示します。SlSAM3タンパク質は別のタンパク質SlACS4と協働してエチレン経路に供給し、果実を緑から赤へと駆動する気体の量を増やします。この協働が強いと、トマトは緑色の色素をより早く失い、赤や橙の色素を多く蓄えます。この相互作用を特定することで、成熟中の植物信号間の連携の説明が進み、より安定した着色と品質を持つトマトの育種や栽培管理に向けた将来の取り組みに道を開く可能性があります。

引用: Xuetong, W., Ailing, L., Huan, C. et al. SlSAM3 interacts with SlACS4 to facilitate brassinosteroid signaling-mediated tomato (Solanum lycopersicum) fruit coloring. Commun Biol 9, 700 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10266-0

キーワード: トマトの成熟, 果実の着色, 植物ホルモン, エチレンシグナル, ブラシノステロイド