花き研究所

白色

白い花にはアントシアニンカロテノイドのような赤や黄色の色素は含まれていません。また、白色の色素が含まれているわけでもありません。白く見えるのは、花弁に含まれている小さな空気の泡(気泡)が光を反射するためです。

白い花にもフラボノイドと呼ばれる「無色」の色素が含まれています。フラボノイドは可視領域の光をすべて吸収してしまうので人間には無色に見えますが、紫外領域の光を反射するので昆虫の目には色がついてみえます。昆虫は可視領域だけでなく、紫外領域の波長の光も色として認識できるからです。花粉を運んでくれる昆虫に認識されないと子孫を残すことが出来ず、やがて淘汰されてしまうので、自然界にはフラボノイドを含む色素化合物を全く蓄積していない、虫にとっても白く見える純白な花はほとんどありません。しかし、園芸品種では、トルコギキョウやカーネーションなどで純白な品種がまれに存在します。

花弁にカロテノイドが貯まらないしくみ

カロテノイドの分解を抑えることで花の色が白色から黄色へ変化したキク
カロテノイドの分解を抑えることで花の色が白色から黄色へ変化したキク(品種:セイマリン)
左:非形質転換体
右:カロテノイド分解酵素遺伝子の発現抑制により花弁が黄色に変化した形質転換体

花弁に色素が貯まらないしくみは、植物によって様々です。色素が作られているのに、貯まっていない場合もあります。キクの白い花弁はその例です。キクの白色花弁では、カロテノイドの生合成に関わる酵素遺伝子が黄色花弁と同様に発現しています。このことから、白色花弁でも、黄色花弁と同様にカロテノイドを作っているものと考えられます。一方、カロテノイドを分解する酵素(カロテノイド酸化開裂酵素;CmCCD4a)はキクの白色花弁で発現していますが、黄色花弁では発現していません。遺伝子組換えでCmCCD4a遺伝子の発現を抑えると、白色花弁が黄色になりました。このことは、白色花弁ではカロテノイドが作られているのに、酵素によって分解されて蓄積していない事を示しています。

キクのように色素を分解して白色を作るしくみが他の植物にも同様にあるのかどうかは、ほとんど調べられていません。そこで、黄花品種が存在しない代表的な植物であるアサガオを材料に、なぜ花弁にカロテノイドを蓄積しないのかを調べました。カロテノイドの生合成にはたくさんの酵素が働いています。これらの酵素遺伝子のアサガオ花弁での発現量を調べたところ、PSY、GGPS、PDS、LCYB、LCYE、CHYBといったカロテノイドの生合成に重要な役割を果たす酵素の遺伝子がほとんど発現していないことがわかりました(成果情報4)。キクとは異なり、アサガオはそもそもカロテノイドを作っていないのです。カロテノイドは光合成に必要な色素なので、アサガオも葉ではカロテノイドを作っています。なぜ花では多くの生合成酵素遺伝子の発現が抑えられているのか、そのしくみはわかっていません。

花弁にアントシアニンが貯まらないしくみ

フラボノイド生合成経路
フラボノイド生合成経路<拡大表示>

アントシアニンを貯めないことも白い花弁を作るためには重要です。アントシアニンは数多くのステップを経て合成されます。

それぞれのステップは酵素の働きで触媒され反応が進みます。アントシアニンを貯めない花では、これらの酵素のどれかひとつ、または複数が働かなく なって生合成がストップしています。どのステップの酵素が働かなくなっているかは植物の種類や品種によって様々です。また酵素が働かない原因も様々で、酵 素遺伝子が変異している場合や、酵素遺伝子の発現を促す転写因子が変異して酵素遺伝子が発現しなくなった場合などがあります。

 

ヤマホロシ
ヤマホロシの花
咲いたばかりは青色ですが、しばらくするとアントシアニンが分解されて白くなります。

なぜ花弁にアントシアニンが蓄積していないかを調べた例がたくさん報告されていますが、どれも生合成がストップしている例で、分解されている例はほとんど報告がありません。ヤマホロシのように、花が咲くにつれて青から白へと変化するものがあります。アントシアニンが分解されて白くなると考えられていますが、分解に働く酵素の実態は明らかにされていません。

 

クリンソウの花色変異
クリンソウの花色変異
アントシアニン生合成の変異により、様々な花色のクリンソウが咲いています。(栃木県日光千手が浜)

アントシアニンの生合成に関与する遺伝子は変異しやすく、アントシアニンを合成する赤花や青花から白花が生じる突然変異がしばしば見られます。

一方、カロテノイドは光合成に必須で、植物が生きていくためにはなくてはならない化合物です。そのため生合成経路は頑丈にできていて、黄花から白花への変異はほとんど起こりません。したがって、黄色の花をもとに突然変異を誘発して白い花を作ろうとしてもなかなか出来ません。マリーゴールドやヒマワリでは、白い花を目指して育種が行われていますが、最も白に近いものでもわずかに黄色みを帯びていて、白花の育種は成功していません。

 

白花がないヒマワリ、マリーゴールド
白花がないヒマワリ、マリーゴールド


関連する成果情報

専門家向け参考文献

キク:Kishimoto, S., Ohmiya, A. (2006) Regulation of carotenoid biosynthesis in petals and leaves of chrysanthemum (Chrysanthemum morifolium). Physiol. Plant. 128, 437–447.
キク:Ohmiya, A., Kishimoto, S., Aida, R., Yoshioka, S., Sumitomo, K. (2006) Carotenoid cleavage dioxygenase (CmCCD4a) contributes to white color formation in chrysanthemum petals. Plant Physiol. 142, 1193–1201.
キク:Ohmiya, A., Sumitomo, K., Aida, R. (2009) “Yellow Jimba” : suppression of carotenoid cleavage dioxygenase (CmCCD4a) expression turns white chrysanthemum petals yellow. J. Japan. Soc. Hort. Sci. 78, 450-455.
キク:Yoshioka,S., Sumitomo,K., Fujita,Y., Yamagata,A., Onozaki,T., Shibata,M., Ohmiya,A. (2010) Significance of CmCCD4a orthologs in apetalous wild chrysanthemum species, responsible for white coloration of ray petals Euphytica, 171,295-300.
アサガオ:Yamamizo, C., Kishimoto, S., Ohmiya A. (2010) Carotenoid composition and carotenogenic gene expression during Ipomoea petal development. J. Exp. Bot. 61:709–719.

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