イチジク(Ficus carica L.)の
分子マーカー育種に向けた基礎的研究

池上

秀利

２０１６

＊京都大学大学院 農学研究科 審査学位論文

目 次
第 1 章. 序論 .................................................................................................................. 1
第 2 章. 生態型が異なるイチジク果実のトランスクリプトーム解析−カプリフィグ種と普通種の比較— .................................................................... 3
2.1 序 .................................................................................................................................... 3
2.2 材料および方法 .............................................................................................................. 5
2.2.1. 材料と生育条件....................................................................................................... 5
2.2.2. 次世代シークエンス解析 ........................................................................................ 5
2.2.3. de novo アセンブリ .................................................................................................. 6
2.2.4. 配列アノテーションとその評価 ............................................................................. 6
2.2.5. 果実成熟に関わる代謝経路上の遺伝子の同定 ....................................................... 6
2.2.6. RT-PCR 解析 ........................................................................................................... 8
2.3 結果................................................................................................................................. 8
2.3.1. シークエンスデータのアセンブリと機能解釈 ....................................................... 8
2.3.2. 果実で検出される主要発現遺伝子 .......................................................................12
2.4 考察...............................................................................................................................132.4.1. エチレン合成とシグナル伝達 ...............................................................................132.4.2. 糖合成 ...................................................................................................................13
2.4.3. アントシアニン合成 .............................................................................................16
2.4.4. GO ターム分布の生態型間比較 ............................................................................16
2.4.5. MADSbox 遺伝子...................................................................................................19
2.4.6. ジベレリン合成遺伝子およびカルコン合成酵素遺伝子.......................................21
2.4.7. 生態型特異的に発現する遺伝子の探索 ................................................................21
2.4.8. 結言 .......................................................................................................................25
第 3 章. イチジクの花序分化に関連する FT ホモログ FcFT1 の解析......................................................... 26
3.1 序 ..................................................................................................................................26
3.2 材料および方法 ............................................................................................................28i3.2.1. 花序調査...............................................................................................................28
3.2.2. RACE クローニング .............................................................................................28
3.2.3. DNA ゲルブロット分析 .......................................................................................29
3.2.4. タバコ形質転換体を用いた遺伝子機能解析 .........................................................29
3.2.5. リアルタイム RT-PCR 解析...................................................................................31
3.3 結果...............................................................................................................................31
3.3.1. 花序の分化時期および期間..................................................................................31
3.3.2. イチジク FT ホモログ FcFT1 の同定.....................................................................31
3.3.3. FcFT1 遺伝子上流のシス配列 ...............................................................................32
3.3.4. FcFT1 の機能解析 .................................................................................................32
3.3.5. 成木における FcFT1 mRNA の発現様式 ...............................................................39
3.4 考察...............................................................................................................................423.4.1. 花序分化の特異性 .................................................................................................423.4.2. FcFT1 のゲノム配列上の特徴 ..............................................................................43
3.4.3. FcFT1 は花成促進能を有する ..............................................................................43
3.4.4. FcFT1 は葉で発現し，空間的に勾配する ............................................................43
3.4.5. FcFT1 発現の光による誘導 ..................................................................................44

第 4 章. 総合考察 .......................................................................................................... 46
摘要............................................................................................................................. 48

引用文献 ...................................................................................................................... 50
謝辞............................................................................................................................. 60

ii

第 1章

序論

イチジク（Ficus carica L.; 2n = 2x = 26）はバラ（Rosales）目クワ科 (Moraceae) のイ
チジク属として分類される（Angiosperm Phylogeny Group, 2009）低木落葉果樹である。ク
ワ科の種の半数以上がイチジク属に属しているが（Datwyler and Weiblen, 2004），イチジ
クはそのイチジク属の中で主要な種の一つである。イチジクは西アジアにおける伝統的な果樹であり，原産は南アラビア（Condit, 1947; Zukovskij, 1950; Storey, 1975）あるいは，
野生イチジクが植生するトルコやイランを含む地中海沿岸部と推定されている（Khoshbakht and Hammer, 2006）。近年の研究では，ヨルダン渓谷に位置する約 11,400 年前の遺跡から単為結果性を有する種の実が発見されたことから，イチジクが世界最古の栽培植物であることが示唆されている（Kislev et al., 2006)。FAO の推定値 (FAO, 2012) によると 2012 年の世界のイチジク生産量は 109 万トン以上あり，原産地に近い地中海沿岸部のトルコ，エジプト，アルジェリアを中心に多く栽培されている。
日本への導入については，原産地から東進し中国を経て渡来したとする説と，江戸時代初期の寛永年間にポルトガル人によって長崎に伝えられたとする説がある (菊池,1951; 河瀬, 2000)。最初に導入されたイチジクは‘蓬莱柿’(ホウライシ)(別名‘在来種’,‘日本種’)であるとされる(菊池, 1951; 河瀬, 1983)。1868 年(明治元年)には洋種イチジク 4 種が導入された記録があるが(竹中, 1884)，日本のイチジク栽培が本格的に普及したのは，広島県の桝井光次郎氏がアメリカ, カリフォルニアから‘桝井ドーフ
ィン’を持ち帰った 1908 年（明治 41 年）以降である。終戦後‘桝井ドーフィン’の栽培
面積は徐々に拡大し，昭和 50 年代には国内シェアの 80%以上を占めるに至っている(桝井農場, 1993)。その後，近年まで‘桝井ドーフィン’と‘蓬莱柿’のみが主な経済品種
であり(野方・粟村, 2005; 真野, 2012)，愛知，和歌山，大阪，兵庫，広島，福岡を中心とした西日本の暖地で栽培されてきた。これら 2 つの品種は果実が大きく多収であるが，糖度が低く肉質が粗いなど品質面に欠点が多い（粟村, 1997）。他の海外からの導入
品種も収量性や品質面に問題があり，経済栽培には至っていない（野方・粟村, 2005）。
近代以前イチジクの育種は，自然実生や自生実生の中からの選抜育種が中心であった。
20 世紀以降主にアメリカの研究者らによって人工授粉を用いた交雑育種が行われるようになった(Storey, 1975)。当時の指導者であった Condit(1883-1981)は 300 以上の交配を行い，総計 30,000 以上の実生を作出しており，これらの中から経済品種‘コナドリア’が育成されている。日本では，1921 年頃に農商務省興津園芸試験場の谷川氏が交雑育種により‘谷川’を育成したのが最初である(河瀬, 1983)。その後国内における交雑育種による品種育成は 70 年以上報告されなかった。粟村(1997)は品種育成の効率化を目的として，育種上重要な果実諸形質の評価方法を確立するとともに，授粉条件の最適化による交配効率の向上及び果皮色等の重要形質の遺伝様式についても検討を加えた。これらの技術や知見に基づいて，福岡県では 2000 年に‘姫蓬莱’（粟村ら, 1998）の，2006 年に‘と-1-

よみつひめ’（野方・粟村, 2005）の育成に成功した。特に‘とよみつひめ’は，その後栽培面積を大きく拡大させ，これらの成果は技術的・市場的に国内でも経済品種作出が可能であることを明らかにした。2015 年現在，主産県を中心とする複数の自治体においてイチジク育種の継続的な取り組みが行われている（真野, 2005）。
一方で，イチジク育種の実施においては未だいくつかの課題がある。例えば，木本作物・永年性作物であるため，実生養成から果実形質評価までに数年を要すること，個体あたりの占有面積が大きく形質評価に広大な圃場面積を要することなども，効率良くかつ省
力的に育種を進めることを困難としている。
2000 年以降の DNA シークエンス技術の飛躍的な発展に伴い，ゲノム情報を利用してそれぞれの個体の持つ形質特性を遺伝子型で判別する技術，すなわち DNA マーカー選抜技術（Marker Assisted Selection: MAS）が様々な作物で実用化されつつある。MAS では，目的形質の表現型評価を省略した選抜が可能となる。この利点は，結実を待たずに果実形質特性を判定できることから，特に結実までに年月を要する果樹においては利用価値が極めて高い。例えば，Terakami ら(2006, 2007)は，ニホンナシの黒星病や黒班病の抵抗性または感受性に連鎖する DNA マーカーを特定し，病害抵抗性に関する MAS を可能にした。
Kanzaki ら(2000, 2001)は，甘渋性を支配する遺伝子と連鎖するマーカーを特定し，DNA
マーカーを用いた完全甘ガキと非完全甘ガキの判別を可能にした。イチジクの育種においても MAS の導入が有効であると考えられ，そのためには有用形質に連鎖する DNA マー
カーの開発が急務である。
以上の観点から本研究では，イチジクの育種あるいは生産の場面において重要度が高いと考えられる果実品質，生態型の分化，花序分化・着果性等の果実に関連する主要形質と密接連鎖する DNA マーカーの開発のため，その基盤となる発現遺伝子情報および分子遺伝学的な知見を得ることを試みた。
第 2 章では次世代シークエンサーを利用して，カプリフィグ種と普通種（‘蓬莱柿’）の果実のトランスクリプトーム解析を行い，果実で発現している遺伝子の配列情報を網羅的に取得して果実品質の成立に関わる分子情報基盤を整備するとともに，生態型分類の基となっている雌雄性および単為結果性と連動する発現遺伝子について考察した。
第 3 章では，‘蓬莱柿’における花成ホルモン遺伝子（FT 遺伝子）ホモログの解析を通じて，イチジクの生産性に深く関わる花序(果実)の分化機構の解明を試みた。

-2-

第 2 章．生態型が異なるイチジク果実のトランスクリプトーム解析－カプリフィグ種と普通種の比較－

2.1

序

イチジクは雌性両性異株（機能的雌雄異株）の植物であり，雄花の発生の有無に基づ
いてカプリフィグ種とフィッグ種に分類される。祖先と推定される雌雄同体のカプリフィ
グ種には，雄花と雌花（短花柱花）が存在するが，フィッグ種には雌花（長花柱花）のみ存在する（Beck and Load, 1988; Dellaporta and Calderon-Urrea 1993; Stover et al., 2007）。
フィッグ種のイチジクは 3 種類の生態型，スミルナ種，サンペドロ種，および普通種に分類されている。スミルナ種は 1 期果および 2 期果とも単為結果せず，サンペドロ種は 1 期
果のみ単為結果し，普通種は 1 期果および 2 期果ともに単為結果する(Storey, 1975)（Fig. 2-1.a）。イチジクはすべて，カプリフィグ種，スミルナ種，サンペドロ種または普通種のいずれかの生態型種に分類される。
花の雌雄と単為結果に関連する表現型の分化は植物－昆虫の生態システムおよび農耕の歴史と深い関係がある。雌雄両花着生と雄花無着生との分化はイチジクとイチジクコバ
チ(Blastphaga)との共生関係と密接に連関している。また，単為結果の出現はイチジクの栽培化を可能とする出来事であり，イチジクはヒトが最初に栽培化した植物であると推定されている(Kislev et al., 2006)。
イチジクは可食果実，特にフィッグ種の果実に経済的価値がある。イチジク果実は独特の形状の果托(または陰花果)の中に無数の小花を内包している。可食部は花托と小花であり，主に乾燥状態（乾燥イチジク）として消費されるほか，加工果実や生鮮果実としても消費されている。乾燥イチジクはミネラルと繊維の含有量が多く，最も簡便で栄養価の高い保存食と見なされている（Vinson et al., 2005）。最近の研究ではイチジクの果実に含まれるシアニジン-3-ラムノグルコシド等のアントシアニン類には抗酸化力があり，線維芽細胞の酸化を防ぐ可能性があると報告されている（Solomon et al., 2006;Duenas et al.,2008）
。イチジク果実の成熟過程はクリマクテリック型であり（Watkins, 2002），他のクリ
マクテリック型果実と同様にエチレンが熟成過程を早める（Owino et al., 2006）。イチジ
ク果実は成長段階後半の短い期間に劇的に成熟速度を速めることから，収穫前と収穫後の果実の品質管理は重要な課題である。
このようにイチジクでは特に果実に関連して農業上あるいは経済上の有用な多くの特徴を有している。しかしながら，イチジクにおける利用可能な分子情報は限られており，
果実発育ならびに果実品質の基礎をなす遺伝的背景は十分に把握されていない。4 種類の生態型の間では，雄株でかつ単為結果しないカプリフィグ種が機能的に普通種と最も大きく異なり，サンペドロ種とスミルナ種はカプリフィグ種と普通種の中間に位置している（Fig. 2-1a.）。したがって，単為結果しないカプリフィグ種と普通種の果実における遺伝-3-

aNon-parthenocarpy

Male + Female

FemaleCaprifig type

Smyrna type
San Pedro type

Common type

ParthenocarpybFig. 2-1. Diagrammatic representation of gynodioecious fig (Ficus carica L.) fruit-type
differentiation andanalyzed fruits.

a Fig taxonomy

matrix based onparthenocarpy and sex traits. The thick double-headed arrow indicates thecomparison undertaken in this study. The dotted double-headed arrow indicatesthe parthenocarpy range of caprifig type. b Left: Caprifig 6085 first crop (caprifigtype), right: Houraishi second crop (common type). The maturity stage of thedisplayed fruits was between periods Ⅱ and Ⅲ. Bar=2 cm-4-子発現の比較により，イチジク果実生理に関する遺伝子発現の総合的なデータがもたらされるだけでなく，生態型分化に関与する形質の遺伝要因の解明にもつながると期待される。
本章では，まずイチジクの果実品質および果実生理の遺伝学的解明に向けた基盤情報とするための網羅的かつ大規模な発現配列情報のタグデータを得るために，454 パイロシ
ーケンスを用いてカプリフィグ種と普通種のトランスクリプトーム解析を行った。454 パ
イロシーケンスは他の高速シークエンス・プラットフォームに比べて，配列情報の正確性が高く，長い配列情報が得られることから，ブドウ（Vitis vinifera L.）（Bellin et al., 2009），
オリーブ（Olea europaea L.）（Alagna et al., 2009），クリ（Castanea crenata）（Barakat etal., 2009）およびヒヨコマメ（Cicer arietinum L.）（Garg et al., 2011）などの非モデル植物
種の de novo 解析で主に使用されている。得られたトランスクリプトームを比較すること
により，イチジク果実の生態型分化の基礎となっている花の性および単為結果性を支配している原因遺伝子の解明を試みた。

2.2

材料および方法

2.2.1.

材料と生育条件

トランスクリプトーム解析のために，樹齢 15 年の‘caprifig6085’（カプリフィグ種，
JP 登録ナンバー:113491）と，樹齢 24 年の‘蓬莱柿’（普通種）の果実を使用した。
‘caprifig6085’は，20 世紀中頃に日本国内に導入された遺伝資源である。その果実のほ
とんどは単為結実せず，単為結果する果実の割合は第 1 期果では約 10%，第 2 期果では
ほぼ 0%である（Awamura et al., 1996）。‘蓬莱柿’は生産性が高く，また日本で最も古い
代表的品種である（Ikegami et al., 2009a）。両品種は共に旧農林水産省果樹試験場（つくば市）より提供され，福岡県農林業総合試験場豊前分場（行橋市） に植栽されているものである。解析用果実は 2009 年および 2010 年に，カプリフィグ種の果実は第 1 期果を，普通種の果実は第 2 期果を採取した。通常，イチジク果実の発育ステージは，果実サイズの変化に基づいて 3 つの期間に分類される。最初の急激な細胞分裂，分化および急成長期
間（ステージ I），その後あまり変化のない長期停滞期間（ステージⅡ），および 2 度目の急成長期間（ステージⅢ）である。ステージⅢでは細胞が増殖し色と外観の変化が認められる（Chessa, 1997; Owino et al., 2006）。本研究では成熟過程にある遺伝子発現データを得るため，急速な果実成長とエチレン産生が開始するステージⅡの終了間際に果実を収穫した。カプリフィグ種および普通種から収穫した各 2 個の果実を垂直にスライスし，液体窒素を用いて急速凍結した後，-80℃で保存した。

2.2.2.

次世代シークエンス解析

凍結保存した果実を液体窒素中で磨り潰し，Fruit-mate (TakaraBio) と混合し，RNeasy
MaxiKit (Qiagen) を 用 い て total RNA を 抽 出 し た (Ikegami et al., 2009b) 。 次 に-5-MicroPoly(A)Puristkit (Ambion)を用いて total RNA から poly(A)-RNA を精製した。cDNAの合成とライブラリーの調整には，cDNA Synthesis System kit（Roche），random primers（Roche），GS FLX Titanium Rapid Library Preparation kit（Roche）を使用し，シーケンスには GS FLXTitanium Sequencer（Roche）を使用した。

2.2.3.

de novo アセンブリ

Habu et al.（2012）の方法に従い，シークエンス・リードの前処理およびアセンブルを行った。まず，454 パイロシーケンスより得られた生配列データから単純配列［poly(A)］を Seqclean ソフトウェア(http://compbio. dfci.harvard.edu/tgi/software/）によって取り除いた。次に，データを RepBase（Jurka et al., 2005）と共に RepeatMasker（Smit et al., 1996～2010）（http://www. repeatmasker.org）を用いてミスアセンブリを避けられるようにマスクした。マスクしたリードデータは Perl スクリプトを用いて以下の処理を行った。すなわ
ち，(1) 低品質領域のマスク，(2)両端のマスク領域の除去，(3)10 塩基未満のリードの削除，(4)マスク領域を 30%以上含んだリードの削除である。配列のアセンブリは MIRA
v3.0.2 を使用した。なお，パラメーター設定は「de novo，accurate，EST，454」，すなわ
ち最短リード長 40bp，最小配列重複 40bp，重複領域の同一性の最小値 95％とした。

2.2.4.

配列アノテーションとその評価

アセンブルより得られたコンティグとシングルトンは，NCBI の非冗長タンパク質デー
タベースおよび TAIR10(Arabidopsis information resource protein database)の情報に対し，BLASTx プログラム v2.2.24+を使用してアノテーションを行った。アノテーションの閾値である E 値は 1e-5, 1e-10 あるいは 1e-100 とし，他のパラメーターは全てデフォルト値（Altschul et al., 1990）を用いた。アセンブリしたユニジーン配列はさらに Blast2GO ツー
ル （ http://www.blast2go.com/b2ghome ） を 用 い て 機 能 的 Gene Ontology （ GO ）（ Ash.,2000）によるアノテーションを行った。割り当てられた GO タームは CateGOrizer（Hu etal., 2008）による GO slims（http://www.geneontology.org/GO.slims.shtml）に基づいて分類した。カプリフィグ種と普通種の果実で発現している遺伝子の GO 分布の比較は，
Fisher's Exact Test(R プログラム)により実施した。EC 番号は KEGG ENZYME と UniProt
ENZYME から取得した。各ユニジーンの ORF を ESTScan（Iseli et al., 1999）で予測し，開始コドンと終止コドンを含むと予測された ORF を全長配列の候補とした。

2.2.5.

果実成熟に関わる代謝経路上の遺伝子の同定

シロイヌナズナの遺伝子をクエリとし，トランスクリプトーム解析から得られたユニ
ジーンセットを検索データベースとして用い，GENETYX（Genetyx）のローカル BLAST
コマンドを用いてエチレン，糖およびアントシアニン合成に関わる遺伝子群を同定した。
-6-

Table 2-1.
Detected type

Sequence of the primers used in the type-specific RT-PCR studies

Gene abbreviation

TAIR10 description

Fragment
Tm ( ℃)size (bp)

Sequence (5' to 3')

caprifig

PL

Pectin lyase-like superfamily protein

caprifig

MFS-1

Major facilitator superfamily protein

caprifigAT

HXXXD-type acyl-transferase family protein

caprifigPE

Plant invertase/pectin methylesterase inhibitor superfamily

caprifigbHLH

basic helix-loop-helix (bHLH) DNA-binding superfamily protein

caprifig

SKU5

SKU5 similar 13

caprifig

HMT

Heavy metal transport/detoxification superfamily protein

caprifig

PCR11

Plant cadmium resistance 11

caprifig

TPC

Terpenoid cyclases/Protein prenyltransferases superfamily protein

caprifig

GR

Gibberellin-regulated family protein

common fig

MFS-2

Major facilitator superfamily protein

common fig

PP2C

Highly ABA-induced PP2C gene 1

common fig

PAR1

PAR1 protein

common fig

RTE1

Retrotransposon-like element 1

common fig

COP1

COP1-interactive protein 1

common fig

NBS-LRR

common fig

Xyl1

Beta-xylosidase 1

common fig

PRPathogenesis-related family protein

Disease resistance protein (CC-NBS-LRR class) family

forwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseCGCTTGGGGTAAGCAATGCGATCATACGGAACGTCTCGGATTAGGGCATTGGTGACGAAGCTGCTGACGCTCTTCACCTCATCCCTCTACGCCGAAGACCCTAGTGATTGTGGAAGCGAAAAACACATGGCTGCGGCTTCCAAGGAAGTG
TTCTTGCAAATCCGCGTCGGCTGCCCTATC
TCGGCTTCTAGGAGAGACAGCGATCGGAAA
CCTTGGTCTGCAAAGCCATGAGCTTCCTGT
CCGGAGGAACGAAGAGAAAGCGAGACCA
CCCTTTCTGCCAAGCTGTGGTTGTCAGTGGAAGAACTCCTGGCAAGATGGAGTGCTTG
ATGGCGGTTGTGGGGTAGTAGATGTAGCTCGTGATGGCTGTGAGCTCAAGGTCAAGTTTGCCTCCACATACCCTGTCACTTGTGCCAAGAGTATCGACAGCTCCGAAACC
TTCTGCCTTGCTACGTTTCCATGCCAACCT
AAACTGGTGCTACTGAAGACGAAGCACGCCTGTTCGCGAGAAGGGAGAATTTTCAGTGCG
AGGACCCAACAGAAGGCTCTTGCCATTCCGTCCCACATGCTCTCTTGCACACGTTCCACGACCTGGATGAACACGGCGGTTCTCGT
CTTTCAGAATCCCCGAGACCGGGCCTCTGT
TGTGGGGATTGTAGAGCGGTCATGTCAAGG
CAGTTAACAACCCTTCCACCAGCAGCTTCAGCCGACAAATTGAACGACGTCATCGAAACCCGAAGAGATTCCGAGAGTTTTGCGGTCAAG
GCCCTTTGGTTTAACTAACGCCCCTGCTACATGATCTGCAAGAGTCGGGCTGTACACAAC
TACAGGAGCACTTGGCCGAATCTAGTCAGT
TCTATTCGAGCCGATGTCTCAGTCCCATGTGTTGGAAGATGATCCCCTTGAAGTCC
CTGTTATCAGTGACCGCAGTCTACTCGTATGCCGCTAGATATGTTCGGGGACTCCA
GCCGTGTAGTGTTTGCAACAAGCAGCAATCAGGCACTGGGGTTTCTTTGAAGGCCCTTACAACAAGGTCACCAGTAGGAGCATGGCCTTT

Table 2-2. Sequence of the primers used in the MADS-related RT-PCR studies
Gene
CHS
AP1
AP2
AP3
PI-1
PI-2
AG
STK
SEP3
AGL6
Actin

Fragment
Tm ( ℃)size (bp)

Sequence (5' to 3')
forwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseforwardreverseACTCAAGGAGAAATTCAAGCGAATGTGTGAGTCTTGTCTCGCGTCCAATGAAGGTGCCATCTTGCATGGAGAAGATACTGGAACGCTATG
GTGAGTCTAGAATACTCCACGGTCCAGTTCAGCAGGAGATAATGGGAGGCGTGGCTT
CGGCTCTTCTTTAACGGCGCCTGAGACTCGCGAACGCAAGTACAAGGTGTTGTCCCAGGACCCTCAACTAACCCGTAGTCTG
ATGGGACGCCAAGCATGAAAACCTCACTCTAGAACCATGAGCTCTCTGTGGCTCAAGCTGAGGCACATGAAAGGGCAGGAACCGCCTTGCATTTCCATCAACTCATGAGTG
ACCAGCTTCTCCGAGCAAAGATAGCTGAACTAATTGGAGGGCCATGGGATCTTGGTG
CCTCTGTGATGCTGAAGTTGCTCTCAGCCTTCTTGTACCTGTCTATAGTTGACC
TTCTGCAAGGGAGGCGTTGGAACTGAGTAGGCTGATCAAGCATTGTCTGGGTCCGTGTTG
GCTTACGAGCTCTCTGTCTTATGCGATGCTGGACTAAGTCCTGGGCTTGATCATCTCCAAGCTGGTCGTGATCTCACTGAC
TCAGCACCGATTGTGATGACC

-7-

136

68

130

68

172

68

138

68

139

68

198

68

190

68

105

68

209

68

184

68

218

68

96

68

84

68

177

68

92

68

117

68

117

68

116

68

79

68

110

68

106

68

86

68

115

68

84

68

133

68

123

68

170

68

87

68

60

68

2.2.6.

RT-PCR 解析

Fruit-mate（TakaraBio）と RNeasy Plant Mini Kit（Qiagen）を使用してステージⅠおよびⅡのイチジク果実から total RNA を抽出し，DNase I 処理（TakaraBio）を行った。80ngの total RNA から RT-PCR 反応の鋳型となる cDNA を合成するために，SuperScriptⅢ FirstStrand Synthesis System（LifeTechnologies）を用いた。PCR は 0.25U の AmpliTaq Gold

DNA polymerase（Applied Biosystems），0.5μM のプライマー，2.0mM の dNTPs，および1μｌの鋳型ｃDNA を含む 12.5μl の 1×PCR バッファーで行った。PCR 条件は，94℃(2 分間)の後，94℃(1 分)，68℃(2 分)，72℃(2 分)を 38～40 サイクル，72℃(7 分)とした。遺伝子特異的プライマーは，獲得した配列情報に基づいて GENETYX で設計した（Table 21., Table 2-2.）。F. carica の β-アクチン遺伝子（登録番号：AY487315.1）を内在コントロー
ルとした。

2.3

結果

2.3.1.

シークエンスデータのアセンブリと機能解釈

シーケンスの結果，カプリフィグ種果実由来の 165,442 リードと普通種果実 125,152 リードの計 290,594 リードが得られた（Table 2-3.）（DRA000630, FX376975-FX394131）。リードの質は高く，平均 300bp 以上であり，QV40+値は 94 以上であった。前処理後のリード数は 270,268 であった。これらを生態型ごとにアセンブルし，カプリフィグ種からは62,420 のユニジーン（コンティグ 17,454 とシングルトン 44,966），普通種からは 49,491のユニジーン（コンティグ 12,771 とシングルトン 36,720）を得た。次に両生態型のリードを組合せてアセンブルし，19,166 のコンティグと 52,289 のシングルトンからなる総ユ
ニジーン 71,455 を得た（Fig. 2-2., Table 2-3.）。以降の解析では，組合せリードで得られたユニジーンセットを使用した。
BLASTx，GO タームおよび EC 番号の 3 つのパラメーターを使用してユニジーンの機能的アノテーションを行った。ユニジーンの BLAST 検索のヒット率は E 値が<1e-5 でnrNCBI と TAIR10 でそれぞれ 60.6％と 57.8%であり，EC 番号に対するヒット率は 12.7%であった。生物学的過程 (biological process)，細胞組成(cellular component)および分子機
能 (molecular function)に割りあてられた GO slim タームの割合は，ユニジーンのそれぞれ 34.9％，30.4％および 38.3%であった。生物学的過程へアノテーションされたユニジー
ンは，代謝に 15.09%，生合成に 5.96%を占め，5%に満たない GO カテゴリが全体のほぼ半数近くを占め，32.82%が分類されなかった(Fig.2-3)。この結果はイチジク果実において，様々な過程に関わる広範な遺伝子および多くの機能未知遺伝子が発現していることを示唆している。ユニジーンの 46.5%に少なくとも 1 つの GO slim タームが割り当てられ，全体の 61.7%にあたる 44,070 個のユニジーンは BLAST，GO タームまたは EC 番号のいず-8-

Table 2-3. Summary of de novo assembly results of 454-pyrosequencing data fromgynodioecious fig (Ficus carica L.) fruits: caprifig and common fig

aTotal number of reads separated for each tissue sample bNumber of low-quality reads (more than

30 % of the masked regions which consisted of the low QV bases or repeat sequences) removedcNumber of high-quality reads dLQR/HQR=low-quality reads/high-quality reads eLength of equal

or longer contigs produces half of all bases fAverage length of high-quality reads in basepairgPercentage of QV40+ bases hNumber of singletons iNumber of contigs jAverage length ofcontigs in basepair kNumber of unigenes lAverage length of unigenes in basepair

Table 2-4. Annotation information of the unigene set from gynodioe- cious fig (Ficus carica
L.) fruits: caprifig and common fig

Annotation tool
-5
GeneBank BLASTx (E-value < 1e )GeneBank BLASTx (E-value < 1e-10)
GeneBank BLASTx (E-value < 1e-100)
TAIR10 BLASTx (E-value < 1e-5)
TAIR10 BLASTx (E-value < 1e-10)
TAIR10 BLASTx (E-value < 1e-100)
GO Term-associated (Biological Process)GO Term-associated (Cellular Component)
GO Term-associated (Molecular Function)
GO Term-associated total
EC number-associatedUnigenes with annotation
Predicted ORFs
Candidates of full-length
Total number of unigenes
-9-

Value
43,312 (60.6%)
38,325 (53.6%)
3,552 (5.0%)
41,168 (57.8%)
35,680 (49.9%)
2,905 (4.1%)
24,921 (34.9%)
21,692 (30.4%)
27,332 (38.3%)
33,244 (46.5%)
9,076 (12.7%)
44,070 (61.7%)
38,303 (53.6%)
411 (0.6%)
71,455 (100.0%)

Caprifig reads
165,442

Total reads
290,594

Processed

Processed

Caprifig reads
155,391

Total reads
270,268

Common fig reads
114,877
Assembled

Assembled

Caprifig unigenes
62,420Common fig reads
125,152

Assembled
GO statisticalcomparison

Total unigenes
71,455
Contigs 19,166
Singletons 52,289

Common fig
unigenes
49,491

Annotated

Unigenes
44,050Counted EST number of contigs

Caprifig-specific unigenes
Contigs
4,844
Singletons 44,966

Common fig-specific
Contigs
2,260
Singletons 36,720
RT-PCR

Fig. 2-2. Strategy for the assembly and identification of type-specific transcripts ingynodioecious fig (Ficus carica L.) fruits. We first generated 290,594 total reads,
with 165,442 from the caprifig and 125,152 from the common type using
pyrosequencing. After pre- processing and assembly, we obtained a total of 270,268
reads and 71,455 unigenes with 19,166 contigs, and 52,289 singletons. We also
assembled these pre-processed reads for each type and obtained 62,420 unigenes
for caprifig and 49,491 unigenes for the common type. A statistical comparison of
GO term distributions was conducted between each type’s unigene set. Functionalannotations and extractions of type-specific expressed genes were performed using
the total unigene set.

- 10 -

Fig. 2-3. Distribution of F. carica fruit unigenes from both caprifig and common fig types
according to their associated biological process, cellular component, and molecularfunction GO terms. Fig EST sequences annotated by TAIR Gene Ontology weregrouped by GO slim category.
- 11 -

れ か に ア ノ テ ー シ ョ ン さ れ た (Table 2-4. ， Fig.2-2.) 。 ESTScan に よ っ て ， 合 計
38,308(53.6%)のユニジーンに ORF が予測されたが，全長配列候補とされたユニジーンは
1,303 件(1.8%)にとどまった。全長配列候補中 411(0.6%)のユニジーンは相同性のあるシ
ロイヌナズナタンパク質配列の 80%以上の長さをカバーした(Table 2-4.)。
本研究で取得したユニジーンには全長配列を含むものは少ないが，部分配列情報の多
くは，イチジクの新規遺伝子の全長配列のクローニングおよび発現解析に役立つことが期待される。

2.3.2.

果実で検出される主要発現遺伝子

ステージⅡ後期のイチジク果実における主要な発現遺伝子を特定するために，ユニジー
ン中でリード数が最上位の 20 件のコンティグを抽出した(Table 2-5.)。この中には 1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸塩オキシダーゼ(エチレン合成酵素)，ペクチンリアーゼ，
β-ガラクトシダーゼおよびエクスパンシンなど，既知の果実成熟関連遺伝子の発現が確認された。その他には，DNA 修復と耐病性の機能を持つ NBS-LRR ファミリー遺伝子やシンプラストによる水輸送を促進する PIP1C 遺伝子などが含まれていた。
異なる生態型の果実から得られた発現遺伝子のデータには，果実の成熟 (エチレン合
成，糖合成，アントシアニン合成)，果実(花序)の発育，生態型分化（花の性および単為
結果性の決定)に関与する遺伝子について多くの情報が含まれると考えられる。以下ではこれらの点についてデータが示す内容を検討した。

Table 2-5. The 20 most common transcripts detected in gynodioecious fig (Ficus carica L.)
fruits: caprifig and common fig- 12 -

2.4.考察2.4.1.

エチレン合成とシグナル伝達

一般に果実が成熟する際には，糖度，酸性度，色，テクスチャーおよび芳香揮発性物
質の変化を含む多くの生化学的なイベントが起こっているが，これらの変化は成熟関遺伝
子群の協調的な発現によって制御されている(Bouzayen et al., 2010)。果実成熟プロセスの第一段階はエチレンの合成である。エチレンを受容体が認識した後，その下流で多くの成熟プロセスがエチレンシグナル伝達経路を経由 して起こる (Ohme-Takagi and Shinshi,
1995; Solano 1998; Riechmann et al., 2000; Klee, 2004; Alba et al., 2005; Gupta et al.,2006; Kesari et al., 2007)。まず，果実成熟過程の基本部分はエチレン合成とシグナル伝達であるため，ユニジーン中からこれらの経路に関与する遺伝子の配列の抽出を試みた。
その結果，エチレン合成の開始時に働く SAMS からシグナル伝達経路の末端で働く ERF1までの全過程の遺伝子を特定できた(Fig.2-4.)。この経路で発現する遺伝子で多くのリードが検出されたことから，ステージⅡ後半の果実ではエチレン合成とシグナル伝達が共に活性化していると推察された。

2.4.2.

糖合成

エチレン作用の下流における糖合成，アントシアニン合成及び細胞壁分解に関する詳細を理解することは果実の品質管理において極めて重要である。細胞壁分解のプロセスについては，Owino et al.(2006)が果実成熟中の細胞壁修飾酵素の働きについて既に報告があるので，糖とアントシアニンの合成経路に関連した遺伝子発現について検討した。
イチジク果実の主要な糖はショ糖，ブドウ糖およびフルクトースである(矢羽田・野方,
1999)。今回作成したユニジーンにはこれらすべての多糖類の合成酵素の遺伝子(Fig. 25.)に加え，Ersoy ら(2007) が報告しているガラクトース合成酵素遺伝子が含まれていた。
また，多糖類合成酵素とは別に，葉から果実までの糖の転流および液胞内のブドウ糖貯蔵において機能する糖輸送体をコードする遺伝子の抽出を試みた(Yamaki, 2010)。その結果，
SUT(ショ糖輸送体)，SORT(ソルビトール輸送体)，MANT(マンニトール輸送体)およびHEXT(ヘキソース輸送体)を含む少なくとも 4 つのホモログ遺伝子群を同定できた(Fig.25.)。他の果樹では転流する多糖類として，ショ糖，ソルビトール，ラフィノース，スタキオースおよびマンニトールが知られている(Ziegler, 1975; Yamaki, 2010)。したがって，検出した糖輸送体コード遺伝子はイチジクにおいて該当する多糖類の転流に寄与している可能性がある。

- 13 -

Methionine
SAMS

EC:2.5.1.6(7, 9)

ACS

EC:4.4.1.14(3, 11)

ACO

EC:1.4.3(26, >89 )S-adenosyl-Lmethionine

Ethylene
Production

1-aminocyclopropane-1carboxylic acid
Ethylene

Ethylene response 1,
Ethylene response 2,
Ethylene response sensor 1,
Ethylene response sensor 2,
Ethylene insensitive 4Ethylene
Perception
and Signal
Transduction

ETR1

ETR2

ERS1

ERS2

EC:2.7.13.(11, 5) (11, 3)

EC:2.7.11.EC:2.7.13.3(6, 1) (8, 0)
EC:2.7.11.(13, 4)

EIN4

Constitutive triple
response 1

CTR1

EC:2.7.11.1(15, 5)Ethylene
insensitive 2

EIN2

KO:K14513(3, 0)

Ethylene
insensitive 3

EIN3

KO:K14514(8, 3)

Ethylene response factor 1,
Ethylene response factor 2

ERF1

ERF2

KO:K14516(12, 8)Ethylene responsive genes

Fig. 2-4. Ethylene synthesis and signal transduction in F.carica fruit as inferred from
Giovannori (2004) and Adams- Phillips (2004). The boxes show genes encoding
enzymes that were isolated from fig fruit ESTs in this study (BLASTx, e– 05 cutoff). The first and second numbers in the parentheses refer to the number ofcontigs and singletons, respectively. SAMS, S-adenosylmethionine synthase; ACS,
1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase; ACO, neutral invertase; SS, ETR1,
ethylene response 1; ETR2, ethylene response 2; ERS1, ethylene response sensor
1; ERS2, ethylene response sensor 2; EIN4, ethylene insensitive 4; CTR1,
constitutive triple response1; EIN2, ethylene insensitive 2; EIN3, ethylene
insensitive 3; ERF1, ethylene response factor 1; ERF2, ethylene response factor 2- 14 -

Cytoplasm
SucroseSorbitol
NADP
-SDH

NAD
-SDH

EC:1.1.1.21( 1, 2)

EC:1.1.1.14( 2, 2)

SucroseNIN

EC:3.2.1.26(7, 2)

SS

EC:2.54.1.13(7, 14)Fructose + UDP-Glucose

Fructose + Glucose

Sugar transporter
GlucoseFructose

VacuoleSUCT

EC:1.3.1.74(1, 1)

SORT

EC:1.3.1.74( 3, 6)

MANT

EC:1.3.1.74( 2, 0)HEXT

EC:1.3.1.74(4, 0)

Sucrose
VIN

EC:3.2.1.26(11, 16)

Fructose + Glucose

Fig. 2-5. The sugar metabolism pathway in F. carica fruit. The boxes show genes encoding
enzymes that were isolated from fig fruit ESTs in this study (BLASTx, e–05 cutoff). The first and second numbers in the parentheses refer to the number ofcontigs and singletons, respectively. NADP-SDH, NADP-dependent sorbitol
dehydrogenase; NAD-SDH, NAD-dependent sorbitol dehydrogenase; NIN, neutral
invertase; SS, sucrose synthase; VIN, vacuolar invertase; SUCT, sucrosetransporter; SORT, sorbitol transporter; MANT, mannitol transporter; HEXT,
hexose transporter.

- 15 -

2.4.3.

アントシアニン合成

イチジク果実中で合成されるアントシアニンにはシアニジンとペラルゴニジンが存在するが，果皮と小花の双方に高い割合でシアニジンが含まれている(Duenas et al., 2008)。
今回の解析で確認されたシアニジン合成に関わる遺伝子を Fig.2-6.に示す。解析ではフェニルアラニンサイアジン-3-ラムノグルコシドおよびシアニジン-3-グルコシド等の合成に関わる全ての関連酵素の遺伝子を同定できた。一方で，デルフィニジン合成経路においてジヒドロケルセチンからジヒドロミリセチンへの転換を触媒するフラボノイド 3′5′水酸化酵素を同定できなかった。このことは，イチジク果実ではフラボノイド 3′5′水酸化酵素活性が認められないとする，これまでのイチジク果実における生化学的研究結果と一致していた(Solomonet al., 2006; Del Caro and Piga 2008; Duenas et al., 2008)。イチジク果実の果皮着色には大きな変異があり，果皮色には深紫，紫，赤，ピンク，緑，黄がある。アン
トシアニン合成関連経路と遺伝子の解析を進めることにより，今後多様な果皮着色の遺伝的制御機構の解明が期待できる（Kobayashi et al., 2004, Xie et al., 2011)。

2.4.4.

GO ターム分布の生態型間比較

生態型の分類は基本的に着生花の雌雄性と単為結果性の差異に基づいている。これらの形質の遺伝は，異なる生態型間の交配から得られた形質分離データに基づいて 1 個または 2 個の遺伝子により説明される。花の性分化には強く連鎖する G 座および A 座の対立遺伝子が，単為結果性には P+座の対立遺伝子が関与している(Storey, 1975; Saleeb,
1965; Awamura, 1996)。したがって，生態型の分化は少数の遺伝子で制御されていると予想された。本解析では，実際にカプリフィグ種と普通種との間でトランスクリプトームを確認し，両者の GO ターム分布を比較した。その結果，両者の GO ターム分布に有意な差は認められなかった(Fig. 2-7.)。このことは，少なくともステージⅡの段階にある両生態型果実がマクロレベルのトランスクリプトームパターンでは違いがなく，比較的少数の遺伝子の発現にのみ違いがあることを示唆しており，上記の予想を裏付けていた。

- 16 -

Phenylalanine
PAL

EC:4.3.1.5 4.3.1.24(5, 5)

C4H

EC:1.14.13.11(1, 6)

4CL

EC:6.2.1.12(3, 5)

CHS

EC:2.3.1.74(5, 7)

CHI

EC:5.5.1.6(2, 7)

F3H

EC:1.14.11.9
(3,1)

F3’H

EC:1.14.13.21(5, 3)

DFR

EC:1.1.1.219(1, 1)LDOX

EC:1.14.11.19(1, 1)

3GT

EC:2.4.1.(1, 0)

3RT

EC:2.4.1.(1, 0)

Cinnamate
Cinnamoyl-CoA

p-Coumaroyl-CoA

Naringenin chalcone
MYB

Naringenin(5, 3)

Dihydrokaempferol

Dihydroquercetin

Leucocyanidin
Cyanidin

Cyanidin-3-glucoside(C3G)
Cyanidin-3-rhamnoglucoside(C3R)

Fig. 2-6. Anthocyanin and anthocyanidin biosynthesis in F.carica fruit. The boxes show
genes encoding enzymes that were isolated from fig fruit ESTs in this study(BLASTx, e–05 cut-off). The first and second numbers in the parentheses refer tothe number of contigs and single- tons, respectively. MYB, Myb transcription
factors; PAL, phenylalanine ammonia lyase; 4CL, 4-coumarate-CoA ligase; C4H,
cinnamate 4- monooxygenase (trans-cinnamate 4-monooxygenase); CHS, chalcone
synthase; CHI, chalcone isomerase; F3H, flavonone 3-hydroxylase; F3′H,
flavonoid

3′-hydroxylase;

DFR,

dihydroflavonol-4-reductase;leucoanthocyanidin dioxygenase; 3GT, flavonoid 3-glycosyl-transferase;
anthocyanidin-3-glucoside rhamnosyltransferase.
- 17 -LDOX,
3RT,

Fig. 2-7. Type-specific distribution of GO terms (GOSlim, Biological Processes, Cellular
Component, Molecular Function assigned to each type of unigene dataset
sequences.

- 18 -

2.4.5.

MADSbox 遺伝子

イチジク果実の花の性の決定には 2 つの連鎖した対立遺伝子(GA/ga)が関与すると考えられている。G 座の対立遺伝子が雌ずいの長さを制御し，A 座の対立遺伝子が雄ずいの存在/欠如を制御している(Storey 1975)。しかし，両遺伝子の生理学的な位置づけは不明である。
ABCDE モデルは花器官と遺伝子発現の関係を説明するモデルであり(Ferrario et al.,
2003; Theissen, 2001; Theissen and Saedler 2001)，花の性との関連については多くの種で検討されてきた(Kater et al., 2001;Sather et al., 2010; Park et al., 2003; Eloet al., 2001; Yu
et al., 1999; Sheppard et al., 2000; Ainsworth et al., 1995; Hardenack et al., 1994; Heuer etal., 2001)。これらを参考にして，カプリフィグ種と普通種の果実において発現している遺伝子の中から ABCDE モデルの各クラスに対応する 9 種の MADS 遺伝子を抽出した(Table 2-2.)。両生態型種のステージ I およびⅡにおいて抽出した遺伝子の発現レベルを
RT-PCR で解析した結果，クラス A，D および E の遺伝子ではステージまたは生態型種による遺伝子発現の相違は観察されなかった。一方，クラス B と C の遺伝子では発現レベ
ルに明らかな違いが認められた。ステージⅡのカプリフィグ種における PISTILLATA(B クラス)ホモログ PI1 および PI2 の発現レベルは普通種の 1.7～5.0 倍高くなった。また，
AGAMOUS(C クラス)ホモログ AG には増幅産物サイズの違いが認められ，普通種の増幅
産物サイズがカプリフィグ種よりわずかに小さかった (Fig. 2-8.)。
単 性 の 発 達 は 生 殖器 の 退 化 ま たは 一 方 の みの生 殖 器 の 分 化 で 説明 で き る (HeslopHarrison, 1964)。イチジクは，雌雄同体果実が雌期から雄期に移行するため前者に分類され(Ramirez, 1974)，MADS ボックス遺伝子は花の性分化に直接的に関係しないと考えられる。すなわち MADS ボックス遺伝子群の働きの違いは，性決定後の結果と考えられる(Golenberg and Freeman, 2006)。この点に関しては，生態型間の PI ホモログの発現レベルがステージⅠで同じであるにもかかわらずステージⅡでは異なっていたことと一致する。
また，PI ホモログの発現がカプリフィグ種で高いことから，PI 遺伝子の発現がカプリフ
ィグ種の雄しべ形成に関与する可能性が高い。さらに，花器官形成において C-クラス遺伝子が多様な機能的役割を有することから(Drews et al., 1991; Mizukami and Ma, 1992;
Busch et al., 1999; Lohmann et al., 2001)，AG ホモログの発現多型性と花の性分化との関連についてはさらなる検討が必要である。今後は，G 遺伝子および A 遺伝子と，PI ホモ
ログおよび AG ホモログの関連について詳細な調査が必要である。

- 19 -

(bp) M
500

Class A
AP1 AP2Class B
AP3
PI1Class CPI2
AG

cp cm cp cm cp cm cp cm

cp cm cp cm

Stage I

40 cycles
100

Stage II

1.0 0.8 0.8 1.0 1.0 1.0 1.0 0.9 0.9 1.0 1.0 0.8

500

40 cycles100
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.8 1.0 0.2 1.0 0.6 1.0 0.6

Class EClass D(bp)
STK SEP3 AGL6 ActinM
500
cp cm cp cm cp cm cp cm cp cm cp cm

Stage I

40 cycles
100
0.9 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.9

500Stage II

40 cycles100
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Fig. 2-8. RT-PCR analysis of ABCDE model MADS family genes in F.carica fruit (stages I
and II). The abbreviations refer to fig homologs of each Arabidopsis MADS gene:AP1, APETALA1; AP2, APETALA2; AP3, APETALA3;PI1, PISTILLATA1; PI2,
PISTILLATA2; AG, AGAMOUS; SHP, SHATTERPROOF; STK, SEEDSTICK;
SEP1, SEPALLATA1; SEP3, SEPALLATA3; AGL6, AGAMOUS-like 6. Additional
abbreviations: M, 100 bp molecular weight marker; Actin, β-actin. cp, caprifig
type; cm, common type. The number under each lane indicates relative expression
measured by AlphaEaseFC software v4.0.1 (Alpha Innotech, corp., SA).

- 20 -

2.4.6.

ジベレリン合成遺伝子およびカルコン合成酵素遺伝子

イチジクの単為結果について，単為結果性と密接に関連する植物ホルモンであるジベレリン合成に関わる 8 つのホモログ遺伝子(GA20ox を 1 個，GID1 を 2 個，GAMYB1 を 1 個，
DELLAs を 4 個)に注目した。ステージⅡでは，これらの遺伝子の中に生態型間における明瞭な差異は認められなかった。
また，カルコン合成酵素遺伝子(CHS)ホモログの発現では，ステージⅠにおける差異は検出されなかった。ステージⅡにおいては，普通種における発現レベルの低下と転写産物
サイズの減少が認められた(Fig. 2-9.)。CHS と単為結果性との関連については，RNA 干渉
による CHS の発現抑制が花粉管成長障害を介してトマトの単為結果をもたらすことが報告されている(Schijlen et al., 2007)。また，ブドウ由来のスチルベンシンターゼ遺伝子(STS)を過剰発現したトマトでは，リグニンとスポロポレニンの生合成に必要なクマル酸
およびフェルラ酸の不足により，雄性不稔と単為結果性が誘発されている(Ingrosso et al.,2011)。興味深いことに，CHS は普通種で特異的に発現している遺伝子の上位に位置している (Table 2-6., Table 2-7.)。CHS と STS の産物による作用は構造的，機構的な側面で類似しており(Yamaguchi et al., 1999)，両者はフラボノイド合成代謝を通じて花粉の発達と植物の生殖に関与している(Mo et al., 1992; Ylstra et al., 1994; Hanhineva et al., 2009)。したがって，CHS の発現多型がフラボノイド合成代謝の変化を通じて，単為結果性と関連している可能性も考えられる。

2.4.7.

生態型特異的に発現する遺伝子の探索

ここまで解析に含まれない遺伝子の中に花の性の決定および単為結果形質における重要な因子が含まれる可能性を検討するために，カプリフィグ種または普通種のみのリードから構成されるコンティグ配列を抽出した。その結果，カプリフィグ種特異的な 4,844 コ
ンティグと普通種特異的な 2,260 コンティグが得られた(Table 2-6., Table 2-7.)。次に抽出された遺伝子の特異性を評価するため，これらコンティグからランダムに 18 件の遺伝子配列(カプリフィグ種 10 件と普通種 8 件)を選択して RT-PCR による発現解析を行った。
その結果，発現レベル，転写産物サイズのいずれかにおいて生態型間で差異が認められたのは 5 遺伝子であった(Fig. 2-10., Table 2-1.)。発現レベルの差異は，ペクチンリアーゼ様
スーパーファミリータンパク質(PG)，重金属輸送タンパク質(HMT)，植物のカドミウム
耐性タンパク質(PCR11)およびジベレリン制御タンパク質(GR)の遺伝子発現に，生態型に特異的な発現は NBS-LRR 遺伝子に認められた。
生態型の相違と 5 遺伝子との関連は明らかでないが，抽出された遺伝子の中には生態型分化に関連するものが含まれると考えられる。本研究では各生態型に対して 1 品種(系統)のみを供試している。したがって，生態型間と遺伝子発現の多型との関連を裏付けるためには，同じ生態型に分類される他の品種を含めて検証する必要がある。また，生態型特異- 21 -

的な遺伝子発現を精度良く漏れなく抽出するためには，多数の検体を供試した解析やゲノ
ム情報，RNA-seq 解析，マイクロアレイ解析等を併用したアプローチが必要である。

(bp) M
CHS
Actin
1000
cp cm cp cm

Stage I500

40 cycles100
1.0 1.0(bp)
1000

Stage IIcp

1.0 0.9

cm cp

cm

500

40 cycles

100
1.0

0.4

1.0 1.0

Fig. 2-9. RT-PCR analysis of Arabidopsis chalcone synthase (CHS)- homologous genes inF.carica fruit (stages I and II). M, 100 bp mo- lecular weight marker; Actin, βactin; cp, caprifig type; cm, common type. The number under each lane indicates
relative expression mea- sured by AlphaEaseFC software v4.0.1 (Alpha Innotech,corp., SA).

- 22 -

Table 2-6. The 20 most prevalent caprifig-specific transcripts
Contig ID
mapped reads TAIR description
FICAF00049
326 Ethylene-forming enzyme
FICAF02984
205 Plant invertase/pectin methylesterase inhibitor superfamily protein
FICAF00071
158 Plasma membrane intrinsic protein 1C
FICAF00569
71 Sucrose synthase 3
FICAF03477
68 Plasma membrane intrinsic protein 2
FICAF00323
64 Pollen Ole e 1 allergen and extensin family protein
FICAF00734
64 Endomembrane protein 70 protein family
FICAF07417
62 Granulin repeat cysteine protease family protein
FICAF00442
59 Pectin lyase-like superfamily protein
FICAF00387
56 Calnexin 1
FICAF00418
53 GTP binding Elongation factor Tu family protein
FICAF00371
44 Tubulin alpha-2 chain
FICAF00696
42 Homeobox 1
FICAF00308
41 HXXXD-type acyl-transferase family protein
FICAF00512
40 Hyaluronan / mRNA binding family
FICAF04153
40 RAN GTPase 3
FICAF00333
39 Eif4a-2
FICAF00522
39 ADP-ribosylation factor A1B
FICAF00189
38 Late embryogenesis abundant protein, group 2
FICAF00423
37 Amino acid permease 6

E-value
3.00E-64
2.00E-46
1.00E-148
0
1.00E-125
1.00E-37
0
1.00E-103
8.00E-1100003.00E-38
1.00E-44
1.00E-31
1.00E-122
1.00E-142
3.00E-100
2.00E-101
2.00E-108

TAIR ID
AT1G05010.1
AT3G47380.1
AT1G01620.1
AT4G02280.1
AT2G37170.1
AT4G08685.1
AT4G12650.1
AT1G47128.1
AT3G07820.1
AT5G61790.1
AT5G60390.3
AT1G50010.1
AT3G01470.1
AT3G26040.1
AT4G16830.3
AT5G55190.1
AT1G54270.2
AT5G14670.1
AT2G44060.2
AT5G49630.1

E-value
1.00E-108
2.00E-149
8.00E-95
2.00E-178
6.00E-06
2.00E-103
1.00E-151
3.00E-67
1.00E-55
0
1.00E-11
4.00E-29
4.00E-146
3.00E-27
0
3.00E-96
7.00E-102
7.00E-159
3.00E-129
No hitTAIR ID
AT2G40610.1
AT4G00430.1
AT5G09810.1
AT4G34950.1
AT1G03820.1
AT1G76160.1
AT2G30360.1
AT3G53990.1
AT5G59220.1
AT1G53750.1
AT4G09810.1
AT1G54200.1
AT4G33150.3
AT5G02020.1
AT5G13930.1
AT1G62660.1
AT4G01470.1
AT3G20300.1
AT1G32170.1
No hitMapped reads means the number of uncorrected EST counts

Table 2-7. The 20 most prevalent common fig-specific transcripts
Contig ID
mapped reads TAIR description
FICAF00049
141 Expansin A8
FICAF02984
91 Plasma membrane intrinsic protein 1;4
FICAF00071
69 Actin 7
FICAF00569
54 Major facilitator superfamily protein
FICAF03477
48 Unknown protein
FICAF00323
44 SKU5 similar 5
FICAF00734
40 SOS3-interacting protein 4
FICAF07417
39 Adenine nucleotide alpha hydrolases-like superfamily protein
FICAF00442
37 Highly ABA-induced PP2C gene 1
FICAF00387
37 Regulatory particle triple-A 1A
FICAF00418
35 Nucleotide-sugar transporter family protein
FICAF00371
34 Unknown protein
FICAF00696
34 Lysine-ketoglutarate reductase/saccharopine dehydrogenase bifunctional enzyme
FICAF00308
32 Encodes a protein involved in salt tolerance, names SIS (Salt Induced Serine rich).
FICAF00512
31 Chalcone and stilbene synthase family protein
FICAF04153
29 Glycosyl hydrolases family 32 protein
FICAF00333
28 Tonoplast intrinsic protein 1;3
FICAF00522
28 Protein of unknown function (DUF3537)
FICAF00189
27 Xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase 30
FICAF00423
26 No hit

Mapped reads means the number of uncorrected EST counts- 23 -

Fig. 2-10. RT-PCR analysis of 18 subtracted genes in caprifig and common fig fruits (stage I
and II). The analyzed genes were preferentially selected from the subtraction lists
on the basis of their read number ranking. The abbreviations refer to fig
homologs of Arabidopsis genes: PL, pectin lyase-like superfamily protein; MFS-1,
major facilitator superfamily-1; AT, HXXXD-type acyl-transferase family
protein; PE, pectin methylesterase inhibitor superfamily; bHLH, basic helixloop- helix DNA-binding superfamily protein; SKU5, SKU5 similar 13; HMT,
heavy metal transport; PCR11, plant cadmium resistance 11; TPC, terpenoid
cyclases; GR, gibberellin-regulated family protein; MFS2, major facilitator
superfamily protein 2; PP2C, highly ABA- induced PP2C gene 1; PAR1, PAR1
protein; RTE1, reversion-to-ethylene sensitivity 1; COP1, COP1-interactive
protein 1; NBS-LRR, disease resistance protein (CC-NBS-LRR class) family;
XYL1, beta-xylosidase 1; PR; pathogenesis-related family protein. Additional
abbreviations: M, 100 bp molecular weight marker; cp, caprifig type; cm,
common type. The number undereach lane indicates relative expression
measured by AlphaEaseFC software v4.0.1 (Alpha Innotech, corp., SA).

- 24 -

2.4.8.

結言

イチジクの果実生理及び生態型分化に関与する遺伝子群の同定を目的に，イチジク果実
における発現遺伝子の網羅的な解析を行った。カプリフィグ種と普通種の果実に由来する
cDNA ライブラリーを対象に次世代シークエンス解析を行い，トランスクリプトームの比較を行った。総計 290,594 のシーケンスリードのアセンブルを行い，71,455 のユニジーン(19,166 のコンティグと 52,289 のシングルトン)を得た。このユニジーンの中からエチレン，糖およびアントシアニンの合成等の果実成熟にかかわる遺伝子を多数同定できた。ユニジーンの中には機能不明なものも含まれていた。果実生態型間の GO ターム分布の比較では有意な差は認められなかったが，RT-PCR 解析ではの複数の遺伝子で発現多型を検出した。本解析で得られたデータ及び結果は，今後のイチジク果実生理の遺伝研究に貢献するとともに，イチジクの果実品質や生態型分化に係る形質のマーカー開発を進める上で有用と考えられる。

- 25 -

第 3 章．イチジクの花序分化に関連する FT ホモログ FcFT1 の解析

3.1

序

イチジクは昔から豊穣と多産(高い生殖能力)の象徴として知られており，その言われの通りユニークな結実特性を有している。イチジク果実（花序）の成長および発達については過去に多くの詳細な研究が行われている(木村・菱谷, 1951) 。イチジクでは前年の結果枝（2 年生枝）の頂芽と腋芽が春に伸長すると，鱗片が離脱した頂芽は新しい葉と花序を分化する新梢，すなわち結果枝となる(Flaishman et al., 2008)。花序の分化は結果枝の下位の節から高位の節に向かって順に進む。イチジクの果実は，数百から数千の小花を内包する肥大した花托（花嚢）からなるため，果実の分化と花序の分化はほぼ同義である(平井, 1966) 。花序の分化は環境条件が許す限り結果枝の下位節から先端に向かって継続する(Crane, 1986) 。秋には当年結果枝（1 年生枝）の先端付近の節で花序が分化し，その後休眠状態になる。分化後の花序は冬季の低温に入るため発育を停止し，翌春に発育を再開して，夏季に成熟した果実となる（Fig.3-1A., 3-1B.）。
イチジクは初夏の 1 回目の結果（第 1 期果）と初秋の 2 回目の結果（第 2 期果）の 2
種類の収穫果がある(Storey, 1975)。花序が年 2 回に分けて分化するように見えるが，花序分化は新梢が伸長する期間を通じて継続する(Crane, 1986)。低温によって誘導される
冬季休眠によって花序分化が区切られているために，第 1 期果と第 2 期果が独立した時期に花序分化を開始したように見えるだけである（Fig.3-1A.）。
概して植物の花成誘導は日長時間，温度および自律的要因などの一定の環境条件および内的条件のいくつかが同時に満たされた時に誘導されるため，多くの植物の花成誘導は
毎年特定の季節に起こる。例えばシロイヌナズナでは，春季および夏季に長日条件に応じて花成が誘導される(Napp-Zinn, 1969)。イネでは夏季または秋季に短日条件によって出穂が促進される(Poonyarit et al., 1989)。また，木本多年生のポプラでは低温となる冬季に生殖生長への転換が促進される(Yuceer et al., 2003)。対照的にイチジクの花序の分化は春季から秋季にわたって長期間継続する。つまりイチジクでは上記の植物種とは異なる光
周期非依存的あるいは季節非依存的な花成機構の存在が推察される。
モデル植物であるシロイヌナズナ(Blazquez, 1997; Bladley et al, 1997; Kobayashi et al,
1999; Araki, 2001; Yoo et al, 2004; Abe et al., 2005)を含む様々な植物において花成誘導を制御する多くの遺伝子が明らかにされてきた。これらの遺伝子のうち，FLOWERINGLOCUS
T（FT）およびその関連ファミリーはフロリゲンタンパク質をコードし (Chailakhyan,
1936; Tamaki et al., 2007; Corbesier and Coupland, 2006; Corbesier et al., 2007)，光周性経路および春化経路を統合して(Corbesier and Coupland, 2006)，花成誘導刺激を茎頂分裂組織（生長点）に伝える。したがって，イチジクの花序分化においても FT 遺伝子が関与している可能性が高い。この点を明らかにするためには，まずイチジクの FT 遺伝子ホモ- 26 -

A

winterJan.
Growing process

First crop(breba)springFeb. Mar. Apr.

Dormancy

summerMay

Rooting andBudding

Jun.

Jul.

autumunAug. Sep.

winterOct. Nov. Dec.

New shootelongation

Defoliation
and Dormancy

Fruit enlargement and ripening(previous year's inflorescences)
Inflorescences differentiation
Inflorescences differentiation

Second crop
(main crop)

Fruit enlargement and ripening

C

B

D

E
sc

sc
api

ere
fruitbearing
branch(current
shoot)
pre-fruitbearing
branch

G

F
sc

fre

sc

sc

sc

sc

fl
cre

Fig. 3-1. Bearing style and flower bud differentiation in Ficus carica L. (A) Fig fruit(‘Houraishi’) production in Japan. The broken arrow indicates the period when
inflorescences differentiate but most resulting fruits drop or decay because of winter
low temperature. (B) First-crop fruits differentiate at nodes near the tip of 2-year-old
pre-fruit-bearing branches (yellow arrows) and second-crop fruits differentiate at
nodes near the base of 1-year-old fruit-bearing branches (white arrows).
Inflorescences differentiate sequentially from lower nodes as a 1-year-old fruitbearing branch develops. (C) Exterior appearance of leaf bud (left white arrowhead)
and flower bud (right black arrowhead) at axillary position. (D) Histological sectionsof apical bud meristem (api). No inflorescences were observed before bud flushing.
(E) Histological sections of a flower bud with an early receptacle (ere) and scales (sc).
(F) Histological sections of a flower bud with a flat receptacle (fre) and scales (sc).
(G) Histological sections of a flower bud with a curved receptacle (cre) surface on
which floret (fl) differentiation begins. Bar = 500 μm.
- 27 -

ログを明らかにして，その機能と特徴を調べることが重要である。
本章では，イチジクの着果と密接な関連がある花序分化を制御する遺伝要因を明らかにするために，イチジク由来の FT 様遺伝子（FcFT1）をクローニングし，その特徴を分析した。さらに，FcFT1 の花成誘導促進効果ならびに発現様式を確認して，FcFT1 の発現とイチジク独特の花序分化ならびに着果特性との関連を検証した。

3.2

材料および方法

3.2.1.

花序調査

花序の分化が着果の前年でなく当年であることを確認するために，2011 年 3 月および 5月に福岡県農林業総合試験場豊前分場（行橋市）で露地栽培された‘蓬莱柿’から，頂芽および腋芽(木村・菱谷, 1951)を採取して光学顕微鏡で観察した。切片（厚さ 0.04〜0.08mm）は Desktophand microtome（Kennis, Osaka, Japan）を用いて作製し，0.05％（w/v）のトルイジンブルーで染色した。切片画像はパワーショット A590 イメージスタビライザー（IS）デジタルカメラ（Cannon, Tokyo, Japan）を搭載した BH-2 光学顕微鏡（Olympus,
Tokyo, Japan）で撮影した。また，イチジクにおける着果の継続性を確認するため，‘蓬莱柿’成木の着果数を 5 月下旬から 7 月下旬にかけて調査した。なお，着果数の調査では，
横径 2 mm 超の花序を果実と見なし，8 枝の総着果数を数えた。

3.2.2.

RACE クローニング

まず，FT 遺伝子特異的な縮重プライマーを用いた RACE 法（rapid amplification of
cDNA ends）により，イチジクゲノムより FT 様遺伝子の増幅断片を得た。FT 遺伝子特異的な縮重プライマーは，他の植物種の FT 遺伝子ファミリーの保存領域から設計した。ゲノム DNA は，‘蓬莱柿’の挿し木苗の成葉から，DNeasyPlant Mini Kit（Qiagen）を用いて 抽 出 し た (Ikegami et al., 2009b; Ikegami et al., 2013) 。 RACE に は ， GeneRacerkit（Invitrogen）と Table 3-1.に示すプライマーを用いた。得られた 5'および 3'断片をアラインメントし，全 cDNA 配列を同定した。FcFT1 コード領域は，cDNA およびゲノム DNA
を鋳型として KOD プラスポリメラーゼ（Toyobo, Osaka, Japan）を使用した PCR によって増幅した。増幅された配列は，PCR–Script Amp SK（+）vector（Agilent Technologies, La
Jolla, CA, USA）にクローニングし，配列を決定した。塩基配列の解析には ABI Prism 310
sequencer （ Applied Biosystems ） で Big-Dye Terminator Cycle Sequencing Kit （ Applied
Biosystems）を用いて行った。
FcFT1 コード領域に隣接する 5'上流配列を単離するため，Straight WalkKit（Bex,Tokyo, Japan）を用いて Straight Walk 法 (Tsuchiya et al., 2009) によるゲノムウォーキングを行った。得られた 1664bp の 5'上流配列中のシスエレメントを PLACESignal Scan
Search（http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/signalscan.html）で予測した。
- 28 -

系統分類および分子進化解析は，GENETYX（Ver. 8.0; Genetyx, Tokyo, Japan）を用いて行った。系統樹を作成するために，見出された FT 様タンパク質のアミノ酸配列および他の植物種の FT 様タンパク質アミノ酸配列をマルチ配列アラインメンとした。なお，アラインメントにはデフォルトパラメータを用い，進化距離の推定と系統樹の計算にはアミノ酸近隣結合法を適用した。

3.2.3.

DNA ゲルブロット分析‘蓬莱柿’‘桝井ドーフィン’‘とよみつひめ’の 3 品種のゲノムを用いて DNA ゲル
ブロット分析を Brown (2001) の方法により行った。プローブ A およびプローブ B には，それぞれ，FcFT1 の第 1 エクソンから第 1 イントロンの領域，および第 3 イントロンから
第 4 エクソンの領域を用いた（Fig. 3-3A., Fig3-4.）。ゲノム DNA の消化には制限酵素 XbaIおよび HindⅢを用いた。

3.2.4.

タバコ形質転換体を用いた遺伝子機能解析

XbaI と SacI のアダプターを付加した FcFT1 の完全長配列を，PR1a プロモーター(Ohshima et al., 1990)または EL2-35S-Ω プロモーター(Mitsuhara et al., 1996)と連結してpE2113 ベクターにクローニングした。PR1a および EL2-35S-Ω プロモーターの利用により，それぞれ発現が弱い形質転換体および発現が強い形質転換体を作出した。作成したコンス
トラクトは，改変コールドショック法(An, 1987)を用いてアグロバクテリウム EHA105
株に導入した。形質転換用アグロバクテリウム株はリーフディスク法(MacKenzie andTremaine, 1990)により Nicotiana tabacum‘Sumsun NN’の無菌苗に形質転換した。形質転換後の植物体は 50 μg l-1 のハイグロマイシンを添加した 3％スクロースと 0.3％ゲルラ
イトを含む MS 培地上で選抜した後，16 時間明期/8 時間暗期の光環境で育成した。
FcFT1 遺伝子の導入確認は，FcFT1-FL1 と FcFT1-RL1 のプライマー（Table 3-1.）を用いた PCR により確認した。
表現型解析のために，まず FcFT1 形質転換体の T1 植物から T2 種子を採種した。採取
種子は MS 培地上で無菌的に育成し，播種 21 日後に園芸用媒土に移植した。移植した形
質転換体について「播種から開花までの日数」，「葉数」および「播種から 70 日後の草丈」の 3 項目を調査した。野生型と形質転換体の形質値を，Tukey－Kramer 法を用いて比較した。

- 29 -

Table 3-1. Primer sequences used in this study.

The number of fruit

25
20

15
10
5

0
5/29

6/5

6/12

6/19

6/26

7/3

7/10

7/17

7/24

7/31

Date
Fig. 3-2. Number of fruit set on eight bearing branches of an adult ‘Houraishi’ fig tree fromlate May to late July of 2011.

- 30 -

3.2.5. リアルタイム RT-PCR 解析
リアルタイム RT-PCR による FcFT1mRNA 発現レベルの解析には，人工気象室で栽培された‘蓬莱柿’の 3 年生の挿し木苗(果実ステージ I)の葉，茎，花托，果皮，小花を用いた。FcFT1 mRNA の空間的および季節的発現の変化の解析には，福岡県農林業総合試
験場に植栽の 22-24 年生‘蓬莱柿’の成木の結果枝から 3 つの葉の頂端側半分を採取して用いた。空間的解析には第 10 節まで伸長したシュートの各節から採取した葉を用いた。
遺伝子発現レベルの比較は Tukey 検定（ P <0.05 ）により行った。季節的変動の解析には2011 年 3 月から 10 月まで，月に一度 13:00－14:00 に採取したものを用いた。日変動の解
析には，人工気象室（光量子束密度

150 µmol m－ 2 s－ 1; 温度 25°C）で生育した 3 年生の苗木から 4 時間毎に採取したものを用いた。このとき，苗木は最初に 12 時間明期/12
時間暗期（12L/12D）の光周期下で 3 日間栽培した後，長日条件（16L/8D）下，短日条件（8L/16D）下，および連続暗期条件（DD）下の 3 条件下で 3 日間栽培したものを用いた。
リアルタイム RT-PCR の詳細は以下の通りである。最初に RNeasy Plant Mini Kit（Qiagen）を用いて全試料から total RNA を抽出し DNase I（Takara）で処理した。材料が果実の場合には Fruit-mate for RNA Purification （ Takara, Shiga, Japan）(Ikegami et al.,2009)を併せて使用した。PCR 条件は，ABI Prism 7500 Fast Real-Time PCRsystem（LifeTechnologies ） を 使 用 し て ， real-time RT-PCRKit の プ ロ ト コ ー ル （ One-Step SYBR
PrimeScript RT-PCR Kit Ⅱ Perfect Real Time, Takara）に従った。各試料につき 25 ng のtotal RNA を使用し，β-アクチン遺伝子（DDBJ ID：AY487315）をコントロールとした(Ikegami et al., 2013)。使用したプライマー配列 を Table 3-1.に示す。 PCR は最初に42°C(5 分)および 95°C(10 秒)，その後 95°C(5 秒)と 68°C(4 秒)を 45 サイクルとした。

3.3

結果

3.3.1.

花序の分化時期および期間

3 月に行った観察では，平坦な形状の花托を有する花序は頂芽の生長点で認められず，
結果の前年に分化した花序器官は確認できなかった。 5 月 15 日には，平坦な形状を示す
花托を有する花序の分化が結果枝の下位節では認められた。この時点では上位節での花序の分化は認められなかった。円形状の小花原基の分化が特徴的な花序の分化は 5 月下旬には認められるようになった（Fig.3-1.C－G）。また，このような小花原基の分化を着果とみなせば，5 月から始まった着果は 7 月以降にも継続して観察することができた（Fig. 32.）。

3.3.2.

イチジク FT ホモログ FcFT1 の同定

イチジクの FT 様遺伝子の完全長 cDNA を，イチジク葉の RNA サンプルから RACE 法を用いてクローニングした。得られた遺伝子配列から予測されるアミノ酸配列を他の植物- 31 -

種に由来する FT 様遺伝子がコードするアミノ酸配列とアラインメントした結果，クローニングした遺伝子は FT ファミリーの遺伝子であると推察できた。そこで，この遺伝子を
FcFT1（GenBank 登録番号 AB457620）と名付けた。FcFT1 は全長が 5,175-bp で，FT 遺伝子ファミリーの他の遺伝子と同様に 4 つのエクソンと 3 つのイントロンから構成されていた（Fig. 3-3.A）。2.9 kbp の第 2 イントロンおよび 1.7 kbp の第 3 イントロンは多くの連続
モノヌクレオチド配列を含有していた。
全アミノ酸配列の比較では，FcFT1 はシロイヌナズナの FT（DDBJ ID: AB027504）とは 74.5％，リンゴの MdFT2（DDBJ ID: FJ555224）と 92.5％が同一であった。アミノ酸配列に基づいた FT 遺伝子ファミリー系統樹には，3 つの主要クレードが認められ，TFL1，
MFT および FT サブファミリーに対応していた（Fig. 3-3.B）。さらに FcFT1 配列は FT 活性に不可欠な保存配列 Tyr85 および Gln140 を含んおり FT タンパク質ファミリーの基本的な特徴を備えていた (Ahn et al., 2006; Hanzawa et al., 2005)。
DNA ゲルブロット分析では，プローブ A または B と HindIII 消化との組み合わせにおいて単一バンドが検出された。また，プローブ A または B と XbaI 消化との組み合わせでは 1 または 2 個のバンドが検出された（Fig. 3-4.）。

3.3.3.

FcFT1 遺伝子上流のシス配列

Straight Walk Kit を続けて 2 度使用して，FcFT1 の 5'上流側の 1,644-bp の塩基配列を決定した（Fig. 3-5.）。得られた配列を対象にして PLACE プログラムによるシス配列のモチーフ検索を行った結果，光応答性および組織特異的遺伝子発現に関する多くのシス制御エ
レメントが見出された。これらのエレメントには，DOFCOREZM (Yanagisawa and Sheen,
1998; Yanagisawa and Schmidt, 1999) ， CACTFTPPCA1(Gowik et al., 2004) ， お よ び
CAATBOX1 (Wenkel et al., 2006) が含まれていた（Table 3-2.）。

3.3.4.

FcFT1 の機能解析

R1a プロモーターを含むコンストラクトと El2-35S-Ω プロモーターを含むコンストラク
トを用いた形質転換実験により，多数の遺伝子導入系統を獲得した。両コンストラクトを用いた形質転換実験から，3 つの独立した形質転換系統を選び，FcFT1 の導入と発現を確認するとともに表現型を観察した。PR1a::FcFT1 および El2-35S-Ω::FcFT1 遺伝子導入系統
は，それぞれ野生型よりも平均で約 17 日及び 23 日早く開花した。また，遺伝子導入系統
は野生系統よりも葉数が少なく，草丈も低くなった（Table 3-3., Fig. 3-6.）。

- 32 -

Fig. 3-3. Similarities between the deduced protein sequence of theFT-like gene of Ficus
carica, FcFT1, and other FT homologs. Panel A, genomic structure of FcFT1.
White bars indicate the hybridization positions of FcFT1 probes, and closed
arrowheads show enzyme restriction sites (XbaI). Panel B, the phylogenetic tree ofthe FT family based on amino acid sequences.

- 33 -

Fig. 3-3 (continued)
Accession numbers of sequences used are as follows: FcFT1 (AB457620) from Ficuscarica;
AtFT (FT) (AB027504), AtTSF (TSF), (NP_193770), AtTFL1 (TFL1)(NM_120465), AtBFT (BFT) (NP_201010), AtCEN (ATC) (AB024715), AtMFT (MFT)(AEE29676) from Arabidopsis thaliana;
BvFT1 (HM448910), BvFT2 (HM448912), BvCEN1 (HM448914) from Beta vulgaris;
CiFT (AB027456), CiFT2 (AB301934), and CiFT3 (AB301935) from Citrus unshiu;
InFT1 (ABW73562), InFT2 (ABW73563) from Ipomoea nil;
MdFT1 (AB161112) and MdFT2 (FJ555224) from Malus × domestica;
OsFTL1 (LOC_Os01g11940), OsFTL2 (LOC_Os06g06320), OsFTL3 (LOC_Os06g06300),
OsFTL4 (LOC_Os09g33850), OsFTL5 (LOC_Os02g39064), OsFTL6 (LOC_Os04g41130),
OsFTL9 (LOC_Os01g54490), OsFTL10 (LOC_Os05g44180), OsFTL11 (LOC_Os11g18870),
OsFTL12 (LOC_Os06g35940), OsFTL13 (LOC_Os02g13830), OsMFT1 (LOC_Os06g30370),
OsMFT2 (LOC_Os01g02120), OsRCN1 (LOC_Os11g05470), OsRCN2 (LOC_Os02g32950),
OsRCN3 (LOC_Os12g05590), OsRCN4 (LOC_Os04g33570) from Oryza sativa;
PnFT1 (BAD01612), PnFT2 (BAD01561), PnFT3 (BAD02371), PnFT4 (BAG12904), PnFTL1(BAD27481), PnFTL3 (BAD22601), PnFTL4 (BAD22677), PnTFL1 (BAD22599)
from Populus nigra;
PtrFT1 (XP_002316173), PtrFT2 (XP_002334306), PtrFT3 (XP_002311264),
PtrFTL1(XP_002321903),

PtrFTL3 (XP_002312811), PtrFTL4 (ABC26020),

PtrFTL9 (XP_002334492), PtrTFL1(XP_002328260) from Populus trichocarpa; andVvFT (ABF56526), VvFT1 (ABI99465), VvFT2 (ABL98120), VvMFT (ABI99469),
VvMFT2 (XP_002281565), VvTFL1a (ABI99466), VvTFL1b (ABI99467),
and VvTFL1c (ABI99468) from Vitis vinifera.

- 34 -

Fig. 3-4. Southern blot analyses of the FT-like gene, FcFT1, from Ficus carica L. in fig
cultivars. Fig genomic DNA was digested with XbaI and HindIII. Two FcFT1
genomic DNA fragments were labeled with 32P and used as probes. Hybridization
and washing were performed under highly stringent conditions as described byBrown (2001). Panel A, digestion with XbaI. Panel B, digestion with HindIII. Fig
cultivars used were as follows: HO, ‘Houraishi’; MA, ‘Masui Dauphine’; TO,‘Toyomitsuhime’; M, 1 kb ladder marker. Accession numbers: probe-A(AB594722), probe-B (AB594723).

- 35 -

Fig. 3-5. Promoter sequence of the FT-like gene, FcFT1, from Ficus carica L. The 1,644-bp
genomic DNA fragment flanking the 5′ end of the gene contains several putative
regulatory elements including an underlined TATA-box.

- 36 -

Table 3-2. Cis-element sequences identified in the 5' upstream region of the FT-like gene
FcFT1 in Ficus carica L.
Signal PLACE ID Site name
S000265

DOFCOREZM

＋

－

Total

21

12

33

a key component of Mem1 (mesophyll
DE expression module 1) found in the
cis-regulatory element in the
DE distal region of thephosphoenolpyruvate carboxylase(ppcA1) of

10

13

23

Motif found both in promoters of rolD;

11

12

23

9

6

15

Keywords
Description
Dof; C4PEPC; CyPPDK; Core site required for binding of Dof
PEPC; C4; leaf; shoot;proteins in maize (Z.m.)

S000449

CACTFTPPCA1

mesohpyll; CACT;

S000098

ROOTMOTIFTAPOX1 root; rolD;

S000039GATABOX

ASF-2; GATA box; Cab;GATA motif in CaMV 35S promoter;
chlorophyll a/b binding
Binding with ASF-2
protein; leaf; shoot;S000198

GT1CONSENSUS

GT-1; light; TATA;TFIIA; TBP; HR; SAR;
TMV; leaf; shoot;Consensus GT-1 binding site in manylight-regulated genes, e.g., RBCS frommany species, PHYA from oat and rice,spinach RCA and PETA, and bean CHS15

6

9

15

S000067MARTBOX

MAR; SAR; T-box;
scaffold; matrix;

Motif found in SAR (scaffold attachment
region;1

14

15S000245

POLLEN1LELAT52

One of two co-dependent regulatorypollen; lat52; endo-betaelements responsible for pollen specificmannnanase; MAN;
activation of tomato (L.e.) lat52 gene

9

6

15

S000454

ARR1AT

ARR1; Response
regulator;"ARR1-binding element" found in
Arabidopsis; ARR1 is a response
regulator

9

5

14

S000028CAATBOX1CAAT; legA; seed;"CAAT promoter consensus sequence"found in legA gene of pea;

3

11

14

S000378GTGANTG10

g10; pollen; pectate
lyase;"GTGA motif" found in the promoter of
the tobacco (N.t.) late pollen gene g10
which shows homology to pectate lyase
and is the putative homologue of the

7

4

11

S000144EBOXBNNAPA

napA; storage protein;
ABRE; E-box; seed;

E-box of napA storage-protein gene of
Brassica napus (B.n.)

5

5

10

S000407

MYC; rd22BP1; ABA;
MYC recognition site found in the
MYCCONSENSUSAT leaf; seed; stress; CBF3; promoters of the dehydration-responsive
cold; CBF/DREB1; ICE1; gene rd22 and many other genes in

5

5

10

S000415ACGTATERD1

ACGT; etiolation; erd;

ACGT sequence (from -155 to -152)
required for etiolation-induced expressionof erd1 (early responsive to dehydration)

4

4

8

S000453

GT1GMSCAM4

GT-1 box;"GT-1 motif" found in the promoter ofsoybean (Glycine max) CaM isoform,
SCaM-4; Plays a role in pathogen- andsalt-induced SCaM-4 gene expression

3

5

8

S000462

NODCON2GM

nodulin

One of two putative nodulin consensus
sequences

5

3

8- 37 -

Table 3-3. Phenotypes of transgenic tobacco lines expressing constructs containing the FTlike gene, FcFT1, from Ficus carica L.

genotypenDays to flowering§ leaf number# plant height

Wild type15

62.6±0.9a22.0±1.5

PR1a::FcFT no.3

1445.5±0.9b6.1±0.4

PR1a::FcFT no.6

15

El2Ω::FcFT no.6

10a53.9±1.3ab30.4±1.2b44.1±1.4b6.6±0.9b

19.2±1.4c

39.6±1.3c

6.8±0.4b

30.0±0.9b§ Days from sowing to petal opening (± SE). #Number of leaves on 70-day-old plants (±SE).
a, b, and c: significantly different from wild-type Samsun NN (SNN) at 70 days of age(Tukey-Kramer method, P < 0.01). All plants (T2 generation) were first grown on MS
medium and then transferred to pots containing horticultural soil.

wild-typePR1a::FcFT1

El2Ω::FcFT1

Fig. 3-6. Flowering phenotypes of transgenic tobacco lines expressing the cDNA of the FTlike gene, FcFT1, from Ficus carica L. El2Ω::FcFT1 transgenic plant (T2) (right),
PR1a::FcFT1 transgenic plant (T1) (center), and wild-type (left) plant in pots 49
days after sowing. Scale bar = 9 cm.
- 38 -

3.3.5.

成木における FcFT1 mRNA の発現様式

FcFT1 mRNA の発現レベルは葉で最も高く，他の器官における発現はほとんど検出できなかった（Fig. 3-7.）。新梢の各節の葉を用いた空間的な発現解析（Fig. 3-8.）では，第1-6 節において第 7-10 節よりも高い FcFT1 mRNA レベルが観察された。節位と観察された FcFT1 発現レベルとの間に認められる負の相関関係は有意ではなかった。発現の季節変化に関しては，発現レベルは 5 月に急激に上昇した後 8 月まで上昇を続け，その後 10月にかけて減少した。一定レベル以上の発現が約 5 カ月間認められ，7 月と 8 月の発現レベルが最も高くなった（Fig. 3-9.）。発現の日変動に関しては，長日条件(16L/8D)と短日条件(8L/16D)下との間に大きな差異はなく，どちらも明期開始後 12 時間目に発現のピークが検出された。一方，連続暗期(DD)下では発現は低水準で安定していた（Fig. 3-10.）。

1.4

Relative expression(FcFT1 mRNA /Actin mRNA)

1.2
1.0
0.8

0.6
0.4
0.2

0.0
leavesstems

florets

receptacles

pericarps

Fig. 3-7. Real-time RT-PCR analysis of expression of the FT-like gene, FcFT1, from Ficus
carica L. in fig trees. The bar graph shows relative expression of FcFT1
normalized to Actin. Leaves, stems, florets, receptacles, and pericarps (at the
young fruit period) were collected from a 3-year-old ‘Houraishi’ fig tree. Error
bars show SE (n = 3). Error bars for stems and florets are subsumed by symbols.

- 39 -

10
9

Node number

8
7
6
5
4

3
2
1
0

0.2

0.4

0.6

Relative expression level(FcFT1 mRNA/ Actin mRNA)
Fig. 3-8. Expression distribution of mRNA of FcFT1, the FT-like gene from Ficus carica L.,from each node leaf on fruit-bearing branches of fig (‘Houraishi’ cultivar). Node
numbering is from the basal node. FcFT1 mRNA above a threshold level wasobserved in older nodes that bear fruit earlier (corresponding to the 1st through6th nodes), while little or no expression was observed in younger nodes that bear
fruit later (corresponding to 7th through 10th nodes). Error bars for 8th through10th nodes are subsumed by the symbols.

- 40 -

FcFT1 mRNA
Day length

Relative expression level(FcFT1 mRNA / Actin mRNA)

1.2

15.0
14.0

1

13.0

0.8

12.0

0.6

11.0

0.4

10.0

0.2

9.0

Day length (hour)

1.4

8.0

0

3/25

4/29

5/27

6/22

7/26

8/26

9/22

10/25

Date

Fig. 3-9. mRNA expression analyses of FcFT1, the FT-like gene from Ficus carica L., in fig(‘Houraishi’ cultivar) over the 2011 season using real-time RT-PCR. Each point
represents the average of values of the 5th node leaf positions derived from threebiological replicates (22 to 24-year-old trees). During seasonal variations,expression levels rapidly increased in May, and continued increasing until August.
They remained elevated for as long as 5 months (black arrow). Expression levels
then decreased until October, when leaves yellowed. Error bars show SE (n = 3).
Error bars for March and April are subsumed by the symbols.

- 41 -

1.4

LD (16L/8D)
SD (8L/16D)
DD (24D)

Relative expression(FcFT1 mRNA/ Actin mRNA)

1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0

4

8

12

16

20

Time Point (hour)

LD (16L/8D)
SD (8L/16D)
DD (24D)

Fig. 3-10. Diurnal expression pattern of mRNA of FcFT1, the FT-like gene from Ficus carica
L., in fig (‘Houraishi’ cultivar) under various photoperiods: 16-h light/8-h dark,
LD (16L/8D); 8-h light and 16-h dark, SD (8L/16D); and continuous darkness,
DD. Black boxes indicate darkness; white boxes indicate light. Leaf portions fromthe upper halves of mature leaves were used for the analyses. Leaves werecollected from three independent clones and analyzed at different time points.
Error bars show SE (n = 3). Error bars for DD (24D) are subsumed by thesymbols.

3.4

考察

3.4.1.

花序分化の特異性

リンゴ，ブドウ，カキなど多くの果樹では，花序は結実当年ではなくその前年に分化する (Ingel 2002; Koutinas et al., 2010; Agaoglu, 1971; Yonemori et al., 1993) 。例えばリンゴでは，花の原基は夏に分化し花の各部が最終的に形成されるのは翌春である。花器の発達サイクルは多くの場合 9－10 ヶ月間である(Koutinas et al., 2010)。イチジク花序の生長過程は木村と菱谷（1951)によって研究されたが，この中には結果前年の花序分化を否定する直接的な証拠はない。本研究では萌芽前の頂芽分裂組織に花序の存在は認められないこと（Fig.3-1.D），新梢の伸長後にのみ新しい花序の分化を確認でき ること（Fig.31.EFG），最初の花序の分化後に長期間に亘って継続的に花序の分化が観察されること（Fig. 3-2.）が確認された。これらの結果は，花成誘導および花序の分化が結果当年の 5月以降にのみ起こり，その後は長期間に亘って花序分化が継続することを示している（Fig. 3-2.）。
- 42 -

3.4.2.

FcFT1 のゲノム配列上の特徴

本研究はイチジク属の FT ファミリー遺伝子に関する最初の報告である。FcFT1 がコー
ドするアミノ酸配列は既知のリンゴ MdFT2 (Kotoda et al.,2010)と最も類似していた。
DNA ゲルブロット分析の結果，XbaI 認識部位がプローブ配列内に存在するプローブ A とXbaI 消化との組合せを除いては単一バンドが検出された。したがって，イチジクのゲノ
ム中の FcFT1 は単一コピーと考えらえる。検出バンド数は 3 品種全てで同じであったが，‘桝井ドーフィン’の低分子側のバンドサイズは‘蓬莱柿’と‘とよみつひめ’とで異なっていた。この結果は，FcFT1 隣接領域において品種間多型が存在することを示唆している。3 品種間には FcFT1 cDNA 配列と着果様式には違いは認められないことから，検出された多型は非コード領域等の遺伝子機能に影響を与えない領域と推定された。

3.4.3.

FcFT1 は花成促進能を有する

PR1a::FcFT1 および El2-35S-Ω::FcFT1 の両コンストラクトを導入したタバコ形質転換
体の播種から開花までの日数，葉数，および草丈は，野生型と比較して減少した（Table
3-3, Fig. 3-6.）。さらに，FcFT1 形質転換タバコはシャーレ培養条件下でも小型の花芽をつくり，以降何世代にもわたって安定した早期開花形質を示した。この結果は FcFT1 がシロイヌナズナやその他の植物の FT 遺伝子(Kobayashi et al., 1999; Endo et al., 2005)と同様の花成促進能を保有するという明確な証拠である。

3.4.4.

FcFT1 は葉で発現し，空間的に勾配する

葉組織における FcFT1 発現レベルは，茎および果実で検出されたレベルよりも 30 倍以上高く（Fig. 3-7.），さらに CACTFTPPCA1 などの多くの葉に特異的な発現モチーフがFcFT1 上流域配列中に見出された（Table 3-2.）。したがって，FcFT1 はシロイヌナズナ FTと同様(Teper-Bamnolker and Smach, 2005)，主に葉で機能していると推定された。ちなみに，FcFT1 に最も類似している MdFT2 (Kotoda et al., 2010) は生殖器官を中心に発現している。
イチジクの花序は下位節から上位節へと分化する。FcFT1 mRNA レベルは，上位の若い節（第 7 から第 10 節）に比べて，下位の花序を有する古い節（第 1 から第 6 節）で高かった（Fig.3-8.）。この結果は花序分化と FcFT1 発現との間の連関を示唆している。しかし，通常着果しない基部節でも FcFT1 発現が認められるなど，着果節位と FcFT1 が発現する節とは完全には対応していなかった。FT 遺伝子の空間勾配を示す発現パターンはト
マトでも報告されている(Shalit et al., 2009)。下位節では栄養成長段階がより進行しているため，栄養成長の程度が FcFT1 発現の調節要因である可能性も考えられる。
FcFT1 mRNA レベルは展葉直後の 5 月に増加し，10 月まで一定以上の水準であった- 43 -

（Fig. 3-9.）。栽培地の環境条件下では‘蓬莱柿’が長期間にわたって着果し（Fig. 3-2.），
継続的な FcFT1 発現は着果とよく対応している。5 月中旬に FcFT1 発現レベルが増加し始めるのと同時に最初の明瞭な花托が分化することも，FcFT1 発現と花序分化との関係を支持している（Fig. 3-9.）。

3.4.5.

FcFT1 発現の光による誘導

FcFT1 は長日条件および短日条件では一定レベルを超える発現が認められたのに対して（Fig. 3-10.），連続暗期下では発現上昇が認められなかった。この結果は FcFT1 の発現が光刺激によって誘導されることを示している。明期開始後直ちに FcFT1 発現量が増加し始め，明期間が長いほど FcFT1 発現量が多いことから，FcFT1 の発現は光によって直接に制御され，光量が多いほど FcFT1 発現が上昇する可能性が高い（Fig. 3-10., Table 32.）。さらに，FcFT1 の日周発現パターンが日長時間に依存しないことは，日長時間が変化するにもかかわらず季節を通じて恒常的に発現する FcFT1 の発現パターンを説明できる（Fig. 3-10.）。FcFT1 は光周期応答性を有していない可能性があるが，発現レベルのピークが明期開始から 12 時間後となる理由は不明である。これらの特徴は，光を介した
FcFT1 の調節機構の解明の手掛かりとなると考えられる。
光条件とイチジクの着果との関係については，これまで多くの研究結果がある。松浦と荒木（1995）は，75％遮光時には第 12 節より上位で花序の分化と成長がステージ I（約 2 mm，葉芽と同サイズ）に到達しないことを見出した。さらに遮光率の増加によって，果実になる前に成長を止める花序，果実の黄変・落果，および結果枝の第 5 節より上位での不着果が増加することを認めた(松浦・荒木, 1995)。寺岸ら（1998）は育苗中に8.5-klx の 14-h の光照射を行うことにより，特に第 5 節より下位で着果数が増加することを報告した。これらのことは，光による FcFT1 の活性化が着果や花序の分化に不可欠であることを示唆している。一方， 寺岸ら（1998）は苗への 10 h と 14 h の日長処理条件の間には着果率に関する差が認められないと報告した。したがって，一定量を超えた光量の増加は着果数の増加には繋がらないと考えられる。光合成により得られる同化産物は，イ
チジクの着果に重要と考えられている(松浦・荒木, 1995; 寺岸ら, 1998; Flaishman et al.,2008)。このことは，光合成と FcFT1 活性化の両方が光という同一の要因によって調節されることに関連しているかもしれない。
本研究結果は FcFT1 がイチジクの花成において鍵となる遺伝子であることを強く示唆している。ポプラ（PtFT1 および PtFT2）(Bohlenius et al., 2006; Hsu et al., 2006; Hsu
et al., 2011)と柑橘類（CiFT1，CiFT2，CiFT3）(Nishikawa et al., 2007)においては，これら FT 様遺伝子が多量に転写されるのは年間のうちわずか 1，2 ヶ月間である。リンゴの MdFT1 は比較的長期間発現するが，発現ピークは 7 月にある(Kotoda et al., 2010)。温度や日長条件によって制御されるシロイヌナズナの FT(Greenup et al., 2009)およびイネの- 44 -

Hd3a(Kojima et al., 2002)は特定の季節に強く活性化される。FcFT1 と他の植物種の FT
遺伝子の発現パターンの違いに着目すれば，イチジクのユニークな花成・着果特性は
FcFT1 の長期・安定的発現に起因するものと推察される。なお，イチジクにおいて FcFT1
以外に機能している FT 様遺伝子の存在については，本研究では明らかにできなかった。
今後，新たに FT 様遺伝子が同定された場合には，それらの遺伝子とイチジク花序分化との関係を再度検証する必要がある。

- 45 -

第 4章

総合考察

第 2 章では，イチジクの果実品質とその基礎となる生理機能の遺伝学的解明に有用な基盤分子情報の獲得，およびイチジクの各生態型に認められる雄花着生ならびに単為結果性の差に関与する遺伝子群の同定を目的に，果実における遺伝子発現の網羅的解析を行った。
総計 71,455 のユニジーンセット(19,166 のコンティグと 52,289 のシングルトン)から，成熟過程に伴うエチレン応答性，糖代謝，および果皮・果肉のアントシアニンの合成等の果実成熟に関わる遺伝子を多数同定した。生態型間の比較では，GO ターム分布に有意な差異が認められず，生態型の分化に関わる遺伝子は比較的少数であるとする従来の結果を支持していた。一方で，雄花着生や単為結果性に関連すると考えられる遺伝子の転写産物には生態型間で特徴的な発現多型が検出され，その他にも少なくとも 5 種の遺伝子において発現レベルあるいは発現産物サイズの多型が認められた。本解析で得られたユニジーンデータおよび生態型間の発現多型の情報は，イチジク果実生理や生態型分化の遺伝的要因の解明に有用であり，有用形質と連鎖する DNA マーカーの開発基盤として育種への応用が大いに期待される。
本研究では，イチジクの４つの生態型のうち最も遠い関係にある「カプリフィグ種」と「普通種」との品種を用いた。このことは，イチジクで最初となる網羅的な発現遺伝子
情報を得る目的において有効であった。一方で，雄花着生や単為結果性の制御に関与する遺伝子を精度よく絞り込むには至らなかった。この理由としては，各生態型を代表する単一品種間の比較であったこと，取得リード数が少なかったことが挙げられる。今後は，解析材料（品種・系統）を生態型毎に複数とするとともに，解析するリード数を増やして生態型分化と関連する多型の検出精度を高めることが必要である。
本研究で得られた配列情報によって，SNP や SSR 等の DNA マーカーの整備，およびマーカーを利用した様々な果実形質との連鎖解析も可能になった。既に筆者は本配列情報を利用して‘caprifig6085’と‘蓬莱柿’間で多型を示す 100 以上の SSR マーカーを開発して，連鎖地図作製に用いている。将来，イチジク全ゲノム配列情報が利用可能になれば，さらに多様な品種および条件に由来する遺伝子発現およびゲノム配列の情報解析が大幅に高速化・高度化され，イチジクの有用形質に関する遺伝的解明が大きく加速すると期待される。
第 3 章では，イチジクの果実（花序）の分化制御メカニズムを明らかにするために，
イチジクから FLOWERING LOCUS T（FT）様遺伝子を単離し，その機能，特性，および発現パターンを調べた。単離された遺伝子 FcFT1 は，イチジクゲノムに単一のコピーが存在すること，主に葉で発現すること，形質転換タバコの開花を促進することが確認でき，
FcFT1 がイチジクの FT 遺伝子ファミリーの一つであり花成促進機能を持つことが判明した。FcFT1 mRNA の空間的，季節的発現パターンは花序分化が観察される部位や時期とよく対応し，日周変動パターンは FcFT1 が日長応答性を有さず光刺激への応答性を示し- 46 -

たことから，FcFT1 の発現パターンによってイチジクのユニークな着果特性を説明できる
ことが明らかになった。イチジクの着果と光との関係については，松浦と荒木（1995）
や寺岸ら(1998)も考察しており，FcFT1 がイチジクの花序分化に関与している可能性は極めて高い。ただし，FcFT1 が花序分化の決定要因である直接的な証拠は得るためには，
FcFT1 の発現を抑制した場合の花序分化を確認する等の更なる検証作業が必要である。
本研究では主に FcFT1 と光との関係を解析したが，FcFT1 の発現量が節位によって異なることから，発育ステージ（栄養生長程度)，すなわち自律的要因による制御も受けることが想定される。このような特性を示す花成関連遺伝子として，Hiraoka et al.(2013)はシロイヌナズナの TSF（Yamaguchi et al., 2005）を報告している。TSF は長日条件下の葉，ならびに短日条件下の加齢した葉において発現が認められ，FT と協働して花成と側枝の発達に関与している (Hiraoka et al., 2013)。加齢した葉において長日・短日の両条件下で発現が認められる性質は TSF と同様に FcFT1 でも認められる。イチジクの花序は花軸先端に小花が密生し壺状となったものであり形態学的には側枝と同等の器官であること，および腋芽部位にのみ花序が着生することから，FcFT1 は TSF のオーソログである可能性が高い。既に別の実験から，FcFT1 発現レベルと花序の分化・発達段階との強い相関が見出されている(著者, 未発表）
。以上のことから，FcFT1 はシロイヌナズナ TSF と同様に，各節位における花序分化の空間的な制御に関与していると考えられる。
イチジクの育種では，交雑後代において果実の着き方の分離が認められる。このような着果性の違いは，イチジクの生産性，収量性に直結する重要形質の一つであるが，生態
型分類の基となっている単為結果性程度の違いに起因するものと，結果枝における花序の分化能力あるいは分化時期の差に起因するものがある。花序の分化部位が FcFT1 に依存しており，後者の要因に起因する果実の着き方の差異が FcFT1 の発現によって説明できるなら，FcFT1 は生産性，収量性を判別するためのマーカーとして利用できる。一方で，
結果枝の節毎の花序分化能力の違いには FT ファミリーの拮抗因子である TFL1 ファミリー(Chung et al., 2010; Hanano et al., 2011; Yoo et al., 2010)の関与も想定されるため，
FT/TFL1 ファミリー全体と着果との関係についても検討する必要がある。
以上のように本研究では，果実品質，生態型の分化ならびに花序分化・着果性等のイチジク果実における諸形質に関して新たな分子遺伝学的知見が明らかとなった。本研究で得られた情報と知見を活用，または発展させることによって，今後果実における有用形質選抜に有効な DNA マーカーの開発が可能となり，MAS 等の基盤技術に基づいた省力的・効率的なイチジク育種の実現に大きく貢献できるものと期待される。

- 47 -

摘

要
イチジク（Ficus carica L.; 2n = 2x = 26）はバラ目クワ科イチジク属の低木落葉果樹である。国内では福岡県における‘とよみつひめ’等の育成を契機として，主産県を中心にイチジク育種の継続的な取り組みが行われている。しかし，イチジクは木本作物・永年性作物であるため，実生養成から果実形質評価までに数年を要すること，個体あたりの占有面積が大きく形質評価に広大な圃場面積を要することなどが，効率良くかつ省力的に育種を進める上での障害となっている。他方で，2000 年以降の DNA シークエンス技術の飛躍的な発展に伴い，ゲノム情報を利用してそれぞれの個体の持つ形質特性を遺伝子型で判別する技術，すなわち DNA マーカー選抜技術（Marker Assisted Selection: MAS）が様々な作物で実用化されつつある。このような背景においてイチジクの育種においても MAS の導入が有効であると考えられ，そのためには有用形質に連鎖する DNA マーカーの開発が急務である。
以上の観点から本研究では，イチジクの育種あるいは生産の場面において重要度が高いと考えられる果実品質，生態型の分化，花序分化・着果性等の果実に関連する主要形質と密接連鎖する DNA マーカーの開発のため，その基盤となる発現遺伝子情報および分子遺伝学的な知見を得ることを試みた。
第 2 章では，イチジクの果実品質とその基礎となる生理機能の遺伝学的解明に有用な基盤分子情報の獲得，およびイチジクの各生態型に認められる雄花着生ならびに単為結果性の差に関与する遺伝子群の同定を目的に，果実における遺伝子発現の網羅的解析を行った。
カプリフィグ種と普通種の果実の次世代シークエンス解析により，総計 71,455 のユニジーンセット(19,166 のコンティグと 52,289 のシングルトン)を獲得し，成熟過程に伴うエチレン応答性，糖代謝，および果皮・果肉のアントシアニンの合成等の果実成熟に関わる遺伝子を多数同定した。両生態型の比較では，GO ターム分布に有意な差異が認められず，生態型の分化に関わる遺伝子は比較的少数であるとする従来の結果を支持した。一方で，
雄花着生や単為結果性に関連すると考えられる遺伝子の転写産物には生態型間で特徴的な発現多型が検出され，その他にも少なくとも 5 種の遺伝子において発現レベルあるいは発現産物サイズの多型が認められた。ユニジーンデータおよび生態型間の発現多型の情報は，
イチジク果実生理や生態型分化の遺伝的要因の解明に有用であると考えられた。
第 3 章では，花成ホルモン遺伝子（FT 遺伝子）ホモログの‘蓬莱柿’における解析を通じて，イチジクの生産性に深く関わる花序(果実)の分化機構の解明を試みた。まずイチジクから FLOWERING LOCUS T（FT）様遺伝子を単離し，その機能，特性，および発現パターンを調べた。単離された遺伝子 FcFT1 は 4 つのエクソンと 3 つのイントロンから構成される全長 5,175bp の遺伝子であり，イチジクゲノムに単一のコピーが存在していた。FcFT1 は主に葉で発現しており，形質転換タバコの開花を促進することから，FcFT1
がイチジクの FT 遺伝子ファミリーの一つであり花成促進機能を持つことが判明した。
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FcFT1 mRNA の空間的・季節的発現の解析では新梢の上位節に比べ下位節の葉で発現レベルが高く，また 5 月から秋期に向けて長期的発現が観察され，花序分化が観察される部
位や時期と FcFT1 の発現がよく対応していた。同じく日周変動解析では長日条件と短日
条件の両区で明期開始からの FcFT1 発現レベルの上昇が観察され，FcFT1 の光刺激への応答性を示していた。以上の結果は，FcFT1 の発現パターンによってイチジクの下位から上位の節に向かって時期を異にして連続するユニークな着果特性を説明できることを示しており，FcFT1 がイチジク花成の鍵遺伝子であることを強く示唆した。
本研究において明らかとなった果実品質，生態型の分化ならびに花序分化・着果性等のイチジク果実における諸形質に関する新たな分子遺伝学的知見は，果実の有用形質を選抜するための DNA マーカーの開発に利用可能であり，MAS 等の基盤技術に基づいた省力的・効率的なイチジク育種の実現に大きく貢献できるものと期待される。

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謝

辞本研究をまとめるにあたり，終始適切なご指導，ご鞭撻を賜り，また多大なる御校閲の労をとっていただいた京都大学大学院農学研究科・奥本裕教授に心から感謝を申し上げます。
また，本研究の遂行にあたり，深遠なるご助言と温かい激励を賜った吉備国際大学地域創成農学部・谷坂隆俊教授に深謝の意を表します。

農業・食品産業技術総合研究機構果樹研究所・薬師寺博上席研究員および福岡県京築
普及指導センター・野方仁技術主査には，本研究の遂行にあたり，多くの研究材料のご提供とイチジク栽培生理に関する専門的な見地からの終始適切なご助言を賜りました。これまでの惜しみないご協力に対して，ここに深く感謝申し上げます。
九州大学大学院農学研究科・久原哲教授，田代康介准教授，森 一樹博士には，シークエンス解析と情報解析の実施において甚大なるご協力を賜りました。ここに心から感謝申し上げます。
愛媛大学農学部・羽生剛准教授には，情報解析の実施と関係論文の作成において甚大なるご協力を賜りました。ここに深く感謝の意を表します。
また，研究を実施するにあたって有益なご助言とご激励を賜りご協力を惜しまれなかった，元福岡県農業総合試験場八女分場長・中原隆夫氏，福岡県農林業総合試験場企画部
知的財産活用課長・平島敬太氏，福岡県農林業総合試験場豊前分場長・堤 隆文博士，元
福岡県農業総合試験場研究企画部バイオテクノロジー課・職員一同，福岡県農林業総合試
験場豊前分場果樹チーム・職員一同，ならびにこれまでご協力くださった各研究機関研究者の方々に対し，心から謝意を表します。

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