ウメの花びらの香りを解き明かす——初のシングルセル遺伝子発現マップが示す香気合成の細胞レベルの仕組み
花の香りは、受粉媒介者を引き寄せ、植物が環境変化に適応するための重要な要素です。その香りは、主にテルペノイドやベンゼノイド/フェニルプロパノイドといった複雑な化合物から構成され、観賞用や商業的な価値を持っています。しかし、香気成分の生成に関わる遺伝子が次第に明らかになっている一方で、これらの成分がどの細胞で作られ、どのように遺伝子発現が動的に制御されているのかについては、これまで解明されていませんでした。この知識のギャップを埋めるために、中国の西北農林科技大学（Northwest A&F University）の研究チームは、ウメ（Prunus mume）の花びらにおける初のシングルセル遺伝子発現マップを作成しました。
本研究成果は、2024年7月10日付で科学誌「Horticulture Research」に「Single-Cell RNA Sequencing Reveals a High-Resolution Cell Atlas of Petals in Prunus mume at Different Flowering Development Stages（シングルセルRNAシーケンスによる異なる開花段階のウメの花びらの高解像度細胞アトラス）」というタイトルで発表されました。
ウメの花びらの香気生成を担う6種類の細胞を特定
今回の研究では、香り高い品種「Fenhong Zhusha」の花びらに着目し、開花前と満開時の2つのステージにおける細胞ごとの遺伝子発現を詳細に解析しました。その結果、花びらを構成する6種類の主要な細胞タイプが特定され、その中でも表皮細胞、柔組織細胞、維管束組織が香気生成に特化した役割を果たしていることが明らかになりました。特に満開時には、ベンジルアセテートとオイゲノールが主要な揮発性成分として存在し、香りのピークに達していました。
香気合成に関わる主要遺伝子の発見
本研究では、シングルセルRNAシーケンシングとバルクRNAシーケンシングを統合的に解析し、ウメの花びらにおける香気合成経路を特定しました。特に、ベンゼノイド/フェニルプロパノイド経路に関与する28の遺伝子が同定され、PmPAL2、PmBAHD3、PmEGS1 などが開花ステージに応じて特異的に発現することが分かりました。
その中でも、PmBAHD3 は、ベンジルアセテートとオイゲノールの両方を合成する多機能酵素であることが判明しました。この遺伝子は、主に表皮細胞や柔組織細胞で発現していることが、in situハイブリダイゼーション（組織内遺伝子発現解析） によって確認されました。
「今回の研究によって、ウメの花びらにおける香気合成の細胞レベルの複雑な仕組みが明らかになりました。この研究は、ウメの分子地図を提供するだけでなく、観賞園芸や香料産業の発展にも新たな可能性を開くものです」と、研究チームを率いた張騰勛（Tengxun Zhang, PhD）博士が語りました。
ウメの細胞アトラスがもたらす応用の可能性
本研究の成果は、単にウメの香りの仕組みを解明するだけでなく、観賞植物の品種改良や香料産業への応用にも大きな影響を与える可能性があります。香気合成に関わる重要な遺伝子、特にPmBAHD3 のような酵素を標的とすることで、より芳香性の高い新品種の開発が可能になるかもしれません。また、ウメの細胞アトラスは、他の観賞植物における香気生成のメカニズムを解明するためのモデルケースとなることが期待されます。
「この研究の成果は、単にウメの香りに関する理解を深めるだけでなく、持続可能な栽培技術の開発や高付加価値植物の育種にもつながると考えています。これは、科学と産業の両面において、今後の革新につながる第一歩です」と、張博士が言いました。
今後の展望と研究の方向性
今回の研究により、ウメの花びらにおける細胞ごとの遺伝子発現プロファイルが明らかになりましたが、今後の課題として、環境要因が香気合成に与える影響や、異なる品種間での香気生成の違い についての詳細な研究が求められます。さらに、遺伝子編集技術を用いた香りの強化や、より持続性のある香気成分の開発 も視野に入れるべきでしょう。
「今回の細胞アトラスを活用し、他の植物にも応用することで、観賞植物や香料産業の新たな可能性を開拓できると考えています。今後は、より多くの種で同様の解析を行い、植物がどのように香りを作り出すのか、その進化的背景を探っていきたいです」と、張博士が語りました。
