苦いグリコアルカロイドの解毒に関与するα-トマチン23-ヒドロキシラーゼの同定

トマト植物（Solanum lycopersicum）には、病原体と捕食者に対する化学的障壁として機能するステロイドグリコアルカロイドα-トマチンが含まれています。α-トマチンは、すべての組織に蓄積し、葉や未熟な緑の果物の特に高レベルで蓄積します。化合物は毒性があり、苦い味を引き起こしますが、その存在は、果物の熟成中の無毒なエスカレシドAへの代謝変換によって減少します。この研究は、このプロセスの鍵である23-ヒドロキシラーゼのα-トマチンをコードする遺伝子を特定します。いくつかの2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼが代謝酵素の候補として選択され、SL23DOXと呼ばれるSOLYC02G062460は、α-トマチン23-ヒドロキシラーゼをコードすることがわかった。組換えSL23DOXタンパク質の生化学的分析は、α-トマチンの23-ヒドロキシル化を触媒し、生成物が自然に異性化することを実証しました。SL23doxを過剰発現するトランスジェニックトマト植物の葉は、ネオリキオイオシドBだけでなく、別の中間のリコペロシドC（23-O-アセチル化ネオリキオイオシドB）を蓄積しました。さらに、SL23doxサイレンティングトランスジェニックトマト植物の熟した果物には、エスセレシドAのレベルが低いが、実質的に蓄積されたα-トマチンが含まれていました。したがって、SL23doxは、トマトフルーツの熟成における毒性α-トマチンの代謝プロセシング中にα-トマチン23-ヒドロキシラーゼとして機能し、栽培されたトマトの飼育における重要な酵素です。

Tomato plants (Solanum lycopersicum) contain steroidal glycoalkaloid α-tomatine, which functions as a chemical barrier to pathogens and predators. α-Tomatine accumulates in all tissues and at particularly high levels in leaves and immature green fruits. The compound is toxic and causes a bitter taste, but its presence decreases through metabolic conversion to nontoxic esculeoside A during fruit ripening. This study identifies the gene encoding a 23-hydroxylase of α-tomatine, which is a key to this process. Some 2-oxoglutarate-dependent dioxygenases were selected as candidates for the metabolic enzyme, and Solyc02g062460, designated Sl23DOX, was found to encode α-tomatine 23-hydroxylase. Biochemical analysis of the recombinant Sl23DOX protein demonstrated that it catalyzes the 23-hydroxylation of α-tomatine and the product spontaneously isomerizes to neorickiioside B, which is an intermediate in α-tomatine metabolism that appears during ripening. Leaves of transgenic tomato plants overexpressing Sl23DOX accumulated not only neorickiioside B but also another intermediate, lycoperoside C (23-O-acetylated neorickiioside B). Furthermore, the ripe fruits of Sl23DOX-silenced transgenic tomato plants contained lower levels of esculeoside A but substantially accumulated α-tomatine. Thus, Sl23DOX functions as α-tomatine 23-hydroxylase during the metabolic processing of toxic α-tomatine in tomato fruit ripening and is a key enzyme in the domestication of cultivated tomatoes.