赤い光誘発メラトニン生合成のメカニズムを理解することは、メラトニン濃縮トマトのエンジニアリングを促進する

メラトニンは、機能的に保存されている広範囲に保存されている生理学的調節因子であり、本質的にほとんどの生物生物に見られるものです。メラトニンによるトマトフルーツの濃縮は、その農業特性を高めるだけでなく、余分な健康上の利点を提供します。この研究では、カフェ酸O-メチルトランスフェラーゼ2（SLComT2）およびN-アセチル-5-ヒドロキシトリプタミン - メチルトランスフェイゼ5/7（SlasmT5/7）をコードする生合成関連遺伝子を特定することにより、トマトフルーツの完全なメラトニン生合成経路を解明します。さらに、赤い光の補給がトマトフルーツのメラトニン含有量を大幅に強化することを明らかにします。この誘導は、slphyb2-slpif4-slcomt2モジュールを介した「セロトニン-n-アセチルセロトニンメラトニン」生合成経路に依存しています。調節メカニズムに基づいて、トマトフルーツ中のメラトニンの産生を大幅に強化するSLCOMT2のプロモーターにおけるSLPIF4の結合モチーフを標的とする遺伝子編集戦略を設計します。私たちの研究は、環境要因に反応する植物代謝経路の理解が、健康促進食品の工学をどのように導くことができるかを示す良い例を提供します。

Melatonin is a functionally conserved broad-spectrum physiological regulator found in most biological organisms in nature. Enrichment of tomato fruit with melatonin not only enhances its agronomic traits but also provides extra health benefits. In this study, we elucidate the full melatonin biosynthesis pathway in tomato fruit by identifying biosynthesis-related genes that encode caffeic acid O-methyltransferase 2 (SlCOMT2) and N-acetyl-5-hydroxytryptamine-methyltransferases 5/7 (SlASMT5/7). We further reveal that red light supplementation significantly enhances the melatonin content in tomato fruit. This induction relies on the "serotonin-N-acetylserotonin-melatonin" biosynthesis route via the SlphyB2-SlPIF4-SlCOMT2 module. Based on the regulatory mechanism, we design a gene-editing strategy to target the binding motif of SlPIF4 in the promoter of SlCOMT2, which significantly enhances the production of melatonin in tomato fruit. Our study provides a good example of how the understanding of plant metabolic pathways responding to environmental factors can guide the engineering of health-promoting foods.