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浦上財団研究報告書

Vol.31（2024）＜平成 29 年度助成＞

トウガラシの辛味および果実色についての遺伝育種学的研究
笹沼恒男（山形大学 農学部）緒

言異により生じることが報告されている。両遺伝子とも複数の変異アリルが報告されているが、Ccs 遺伝

トウガラシを特徴付ける重要形質として辛味と果子では、過去の研究において、多くの非赤色果実の実色がある。辛味成分は香辛料としてのトウガラシ

C. annuum の系統は、エキソンを含む 5′上流領域にに不可欠な要素であるが、一方で辛味を失うという2 kb 以上の大規模欠失をもつことが PCR などによ形質もトウガラシが野菜として世界中に広がるためり報告されているが、欠失の正確なサイズや位置、の重要な要因となった。トウガラシの辛味成分であさらに複数の系統で報告されている大規模欠失変異るカプサイシノイド合成経路は、バニリルアミン経が同じものなのかについては、不明だった。本研究

路と長鎖脂肪酸経路からなり、最終段階でバニリルでは、黄色果実パプリカ品種ʻソニアゴールドʼにアミンと長鎖脂肪酸が結合し、カプサイシノイドがおいて、果実色変異の原因となる Ccs 遺伝子の大規合成される。辛味の欠失は、これまでの様々な研究

模欠失変異の正確な位置とサイズの同定、さらにアから、最終段階を司るカプサイシン合成酵素遺伝子

リル判別マーカーを開発し、他の非赤色果実系統で（Pun1 ）の変異、または、バニリルアミン経路の最も同一の変異をもっているのかの解明を目指した。

後のステップを支配する pAMT 遺伝子の変異により生じることが知られており、一般的なピーマン、パ材料および方法プリカのようなベル型（ブロック型ともいう）果実の非辛味品種（＝甘味品種）の大部分が Pun1 遺辛味に関しては、ʻカラーピーマンイエローʼの伝子の部分欠失をもっていることが報告されてい辛味欠失の原因を明らかにするため、ʻカラーピーる。しかし、当研究室のこれまでの研究で、甘味パマンイエローʼおよび正常な辛味をもつʻタカノツ

プリカ品種ʻカラーピーマンイエローʼの Pun1 遺メʼの Pun1 遺伝子のプロモーター領域および 3′非伝子には多くのベル型非辛味品種がもつ欠失が存在

翻訳領域を含む約 3 kb の遺伝子全長を PCR 増幅ししないことが示唆された。そこで、本研究では、
ʻカ配列を決定し、比較した。また同じく、両系統の全長

ラーピーマンイエローʼの辛味欠失の原因となった

1,380 bp の pAMT 遺伝子の翻訳領域全長を PCR 増変異を明らかにすることを目指した。

幅し配列を決定した。得られた配列の違いをもとに果実色については、赤、オレンジ、黄色などのトアリルを判別する DNA マーカーを作成し、ʻカラー

ウガラシ果実色の多様性は、果実に含まれるカロテ

ピーマンイエローʼ×ʻタカノツメʼの F2 分離集団

ノイドの質と量の違いにより生じ、主として、カロ93 個体において辛味の表現型と遺伝子型を調査した。

テノイド合成経路の上流に位置しフィトエンを合成

また、作成した DNA マーカーを用いトウガラシ遺するフィトエン合成酵素遺伝子（Psy ）と、経路の伝資源における、カラーピーマンイエロー型のアリ最下流にあり赤色色素を合成するカプサンチン・カルの有無を調査した。

プソルビン合成酵素遺伝子（Ccs ）のいずれかの変

果実色についてはʻソニアゴールドʼの非赤色果

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実色の原因となる Ccs 遺伝子の上流大規模欠失の正比較したところ、
ʻカラーピーマンイエローʼの第 11

確な長さと位置の同定のため、トウガラシ全ゲノムエキソンに G から C への塩基置換があり、これによのリファレンス配列をもとに Ccs 遺伝子の 5′非翻訳り終止コドンが生じていることがわかった（図 1）。

領域に 300-900 塩基間隔でプライマーを設計し、交配実験では、pAMT 遺伝子の変異が原因で辛味を診断 PCR により大規模欠失の開始位置をおおまかに失っているʻひもとうがらしʼとʻカラーピーマンイ特定し、増幅された断片の配列解読により、正確なʻカラーピーマンイ
エローʼの F1 個体は辛味がなく、欠失部位の特定を試みた。次いで、得られた配列をエローʼの辛味欠失の原因が pAMT 遺伝子の変異でもとに大規模欠失の有無を判別する DNA マーカーあることが示唆された。pAMT 遺伝子で見つかったを作成し、トウガラシ遺伝資源における非赤色果実塩基置換を dCAPS マーカー化し、分離集団で遺伝子色の原因変異が、ʻソニアゴールドʼと同一の Ccs型と表現型の関係を調査したところ、 F2 集団では、遺伝子の上流大規模欠失変異によるものかを明らか

93 個体中 70 個体が辛味、23 個体が甘味であり、にすることを目指した。

辛味個体 70 個体中 69 個体は pAMT 遺伝子がʻタカノツメʼ型のホモまたはヘテロ、甘味個体 23 個

結体中 20 個体はʻカラーピーマンイエローʼ型のホ果モで、遺伝子型と辛味の有無に強い連鎖が見られた。
辛味に関する遺伝育種学的解析：
ʻカラーピーマンイ

以上のことから、ʻカラーピーマンイエローʼの辛エローʼの Pun1 遺伝子のプロモーター領域を含む味欠失の原因変異は、pAMT 遺伝子の第 11 エキソ

遺伝子全長約 3 kb の塩基配列を決定し、ʻタカノツンのナンセンス変異であることが明らかになった。

メʼの正常型の Pun1 遺伝子の配列と比較したとこ

上述の pAMT 遺伝子のナンセンス変異を識別する

ろ、5′上流領域に 2 箇所の塩基置換があったのみ

dCAPS マーカーを用い、27 系統の甘味パプリカ・で、コード領域には全く違いがなかった。上流領域

トウガラシで遺伝子型調査を行ったところ、ほとんの塩基置換をマーカー化し、F2 集団で辛味の有無とどの系統が正常型の pAMT 遺伝子をホモでもっていPun1 遺伝子の遺伝子型の間の分離分析をしたとこ

たが、黄色パプリカ 1 系統がʻカラーピーマンイエ

ろ、辛味と Pun1 遺伝子は独立であることが示され

ローʼと同一の変異遺伝子をヘテロで有しているこた。そこで、もう一つの辛味欠失の原因候補遺伝子とがわかった。

である pAMT の翻訳配列の全長 1,380 bp を決定・

図 1 ʻカラーピーマンイエローʼとʻタカノツメʼの pAMT 遺伝子の構造模式図

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図2

Vol.31（2024）

正常型と‘ソニアゴールド’の Ccs の遺伝子構造模式図

果実色に関する遺伝育種学的解析：Ccs 遺伝子上流て、欠失部位の境界をまたぐようにフォワードプラ領域に設計した 6 個のプライマーを使用し、ʻソニイマーを設計し、欠失内に設計した別のフォワードアゴールドʼで診断 PCR を行ったところ、もっともプライマーと、欠失領域外の遺伝子下流に設計した上流に設計したプライマーを用いた場合でのみ明確リバースプライマーの、計 3 種類のプライマーを用なバンドの増幅が見られた。増幅された約 800 bp

いたマルチプレックス PCR 法を開発し、非赤色果実の断片の塩基配列を決定し、参照配列と比較したと色をもつトウガラシ品種における大規模欠失の有無

ころ、
ʻソニアゴールドʼの Ccs 遺伝子は開始コドを調査した。その結果、C. annuum 16 系統 14 系統、ンの上流 3,235 塩基の位置から、第 1 エキソンのC. chinense 16 系統中 1 系統がʻソニアゴールドʼ

1,197 塩基の位置まで、4,430 塩基が欠失していると同一の大規模欠失をもっていることが示された

ことが明らかになった（図 2）。

（図 3）。C. annuum で見られた Ccs 遺伝子大規模欠続いて、明らかにしたʻソニアゴールドʼの Ccs

失をもたずに非赤色果実をもつ 2 系統はベル型では遺伝子の大規模欠失の有無を判別するマーカーとしないトウガラシであり、Ccs 遺伝子の全長を決定し

図 3 Ccs 遺伝子の大規模上流欠失の有無に関するジェノタイピング

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たところ既知の変異アリル ccs-3 をもっていること

本研究で作成した ccs-3 を 判別する dCAPS マーカーがわかった。ccs-3 についても dCAPS マーカー化し、とともに、今後のトウガラシ育種に有用でき、遺伝

C. chinense 16 系統を調べたところ、1 系統が ccs-3

育種学上、大きな意義があると考えられる。さらに、をもっていることがわかった。

マーカーを用いた多様性解析では、多くの非赤色果実のベル型ピーマン・パプリカはʻソニアゴールドʼ

考と全く同一の Ccs 遺伝子の上流大規模欠失をもって察おり、一つの有用突然変異が育種により多くの品種
トウガラシの辛味欠失は、これまで Pun1 、pAMTに導入されていることが明らかになった。一方で種の遺伝子のいずれかの変異が原因であることが報告が異なる C. chinense でも、Ccs 遺伝子の上流大規模されているが、今回ʻカラーピーマンイエローʼで欠失が 1 系統で、ccs-3 が 1 系統で見つかった。こ見つかった pAMT 遺伝子の変異は、これまでに報告

れらのことは、これらの有用遺伝子が遺伝子移入にのない変異であり、新たなアリルとして pamtと命より種の境界を越えて、拡散していることを示して名した 。野菜として利用されているベル型のピー

おり、トウガラシの果実色変異の全体像を理解する

マン、パプリカのほとんどは、同一の Pun1 遺伝子上で重要な知見が得られた。

101)の変異をもっていることが知られており、ベル型パプリカ品種で pAMT 遺伝子が辛味欠失の原因となっ謝辞たケースは本研究が初めての報告である。この結果

本研究は 2017 年から 2023 年までにわたる公益

は、辛味欠失の起源は一つではなく、育種の過程で財団法人 浦上食品・食文化振興財団の研究助成によ我々が意識しない間に様々な有用突然変異を利用しり行われたものであり、ここに改めて深い感謝を申てきた可能性を示している。

し上げるとともに、研究期間延長申請にあたり、手果実色に関しては、長らく実態が不明であった C.

続きの遅滞により財団に多大なご迷惑をおかけした

annuum の非赤色果実色の原因となる Ccs 遺伝子のことを深くお詫びします。本研究の成果は、以下に上流大規模欠失の位置とサイズを正確に明らかにす示す引用文献に学術論文として掲載されました。

ることができた 。この欠失は既に 2019 年に報告
2)があった ccs-p1 と命名されたものと同一であり、新参考文献

規変異遺伝子の同定とはならなかったが、決定した

1) Tsurumaki K. and Sasanuma T. (2019) BreedingScience 69, 133-142.
2) Omori S. and Sasanuma T. (2022) American Journalof Plant Scinence 13, 1233-1246.

配列に基づき欠失の有無を判別するマーカーが作成できたことは、本研究の新規の成果であり、同じく

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Vol.31（2024）

Genetic and breeding study on pungency
and fruit color in pepper
Tsuneo SASANUMA
Faculty of Agriculture, Yamagata University
In this study, genetic analyses were conducted to elucidate the genetic
mechanisms and diversity of pungency and fruit color in pepper (Capsicumspp.). Regarding pungency, it is known that a loss of pungency of sweet bell
pepper varieties results from mutation of the Pun1 gene. However, we foundthat the sweet bell pepper variety, ‘Color Piment Yellow’ (hereafter, ‘CPY’)
possesses normal Pun1 . Accordingly, the pAMT gene, which is also responsible
for a loss of pungency in some sweet peppers, was sequenced, and a 1 bp
deletion in the 11th exon that had not previously been reported was discovered.
A segregation analysis in F 2 between ‘CPY’ and ‘Takanotsume’ indicated that thepungency phenotype cosegregated with the pAMT genotype. These results
indicated that the loss of pungency of ‘CPY’ was caused by the newly discovered
mutated allele of pAMT , which was named pamt. 10 Regarding fruit color, anattempt was then made to determine the intact size and position of the large
deletion in the upstream region of the Ccs gene, which causes a non-red fruitcolor. Diagnostic PCR and sequencing was carried out, and the extent of thedeletion was finally clarified to be 4430 bp from the -3234 bp upstream
position to the 1196 bp position in exon 1 of Ccs . Based on the determinedsequences, a multiplex PCR system to distinguish possession of the deletion
was created. Genotyping of each of the 16 C. annuum and C. chinense varieties
using this system revealed that the non-red fruit color in most bell pepper
varieties was caused by the large deletion, and some C. chinense varieties also
had this deletion.