令和5年度 研究成果

1 Genetic architecture underlying proanthocyanidin composition in American hybrid grapes アメリカ系品種の果実におけるプロアントシアニジン組成の遺伝的構造

著者

KOYAMA Kazuya, KONO Atsushi, BAN Yusuke, IWASHITA Kazuhiro, FUKUDA Hisashi, and GOTO-YAMAMOTO Nami

小山和哉、河野淳、伴雄介、岩下和裕、福田央、後藤（山本）奈美

要約

Background and goals
Grapes accumulate proanthocyanidins (PAs), complex polymer mixtures of flavan-3-ol units, in the skin and seeds. The composition of PAs, including subunit ratio and polymer length, and total concentration, is important because of their relationship to sensory properties of grape and wine. It is known that the grape species Vitis vinifera and Vitis labruscana have remarkably different PA concentration and composition. A mapping population derived from a cross between V.labruscana and V.vinifera was used to provide insight into the genetic architecture of PAs, as well as that of PA skin and seed properties.
Methods and key findings
The composition of PA subunits at the terminal and extension positions in the hybrid population’s skin and seeds was examined in great detail. Hierarchical clustering analysis of PA profiles grouped PA variables into five main clusters. There were distinct clusters related to compositional differences in skin and seeds, such as the percentage of galloylated or trihydroxylated subunits, polymer length, and the total PA concentration. A quantitative trait locus (QTL) analysis revealed several different minor loci between skin and seeds, each contributing to the phenotypic variation of total PA concentration. A few major QTLs on linkage groups 1 and 17 were discovered to contribute to the phenotypic variation of PA composition in both skin and seeds.
Conclusions and significance
A distinct genetic architecture between PA composition and total PA concentration in interspecific hybrid grapes was found. In contrast to PA concentration, a similar genetic architecture of PA composition was observed between skin and seeds.

背景および目的
ブドウ果実は構成ユニットであるフラバン３オルが多様な組み合わせで連結したポリマーであるプロアントシアニジンを果皮及び種子に高蓄積する。プロアントシアニジンにおけるサブユニット間の比率及びポリマー長などの組成や濃度はブドウ及びワインの官能特性と関連する重要な特性である。ブドウ品種であるヴィティス・ヴィニフェラとヴィティス・ラブルスカーナはプロアントシアニジン濃度及び組成が顕著に異なることが知られている。ラブルスカーナとヴィニフェラを交雑したマッピング集団を用いて、ブドウ果皮や種子に蓄積するプロアントシアニジンの特性やその遺伝的背景について知見を得ることを目的とした。
方法および結果
交雑集団の果皮及び種子プロアントシアニジンにおける末端鎖及び伸長鎖のサブユニット組成について詳細に分析を行った。階層的クラスター解析の結果、プロアントシアニジンプロファイルに関連する変数群を５つの主要なクラスターに分類することができた。プロアントシアニジン組成関連の変数であるガロイル化サブユニットの割合、フラボノイドB環の水酸化の割合、ポリマー長、および果皮、種子におけるプロアントシアニジン総濃度はそれぞれ異なるクラスターに分類されることがわかった。量的形質遺伝子座（QTL）解析によって果皮と種子では異なる複数の効果の小さい遺伝子座がプロアントシアニジン濃度の変動に寄与していることがわかった。一方、第１及び第17連鎖群に位置する効果の高い少数のQTLによって果皮及び種子両者におけるプロアントシアニジン組成の変動が説明されることが明らかとなった。
結論と意義
種間交雑ブドウにおけるプロアントシアニジン組成とプロアントシアニジン総濃度の遺伝的構造の違いが明らかとなった。プロアントシアニジン総濃度と異なり、プロアントシアニジン組成の遺伝的構造は果皮種子間で共通していた。

掲載雑誌

American Journal of Enology and Viticulture, 74, 0740016 (2023)

2 Impact of storage conditions on the volatile aroma compounds of aged sake 貯蔵環境の熟成酒の香気成分への影響

著者

BOERZHIJIN Surina, ISOGAI Atsuko, and MUKAI Nobuhiko

ボルジギン・ソリナ、磯谷敦子、向井伸彦

要約

The current study reports the effect of storage length and temperature on the key aroma compounds of aged Japanese sake. In total, 41 bottles of commercial aged sake aged between 3 and 53 years, including 20 bottles of low-temperature (controlled at ≤ 15℃) aged sake and 21 bottles of ambient-temperature aged sake, were analyzed. The concentrations of sotolon, dimethyl trisulfide (DMTS) and 3-methylbutanal were greatly enhanced in ambient-temperature and peaked after 11–20 years of aging. While in low-temperature, the concentration of isoamyl acetate and ethyl caproate, the main compounds that contribute to the freshness of Japanese sake, were maintained above their odor thresholds (0.27 mg/L and 0.12 mg/L, respectively) in 3–30 years aging. Methional concentration decreased along with the aging time in ambient-temperature, while in low-temperature it increased up to 30 years of aging and declined afterwards. The results obtained in this study can be applied as a useful tool to regulate and optimize the aging methods of sake, furthermore, to predict the effects of storage time when applying different temperatures in the sake aging field.

貯蔵期間及び貯蔵温度が清酒の香気成分への影響を調べるため、常温熟成(自然熟成)酒21点と低温熟成(15度以下)酒20点、合計41点で、貯蔵期間が3～53年間の市販長期熟成酒の香気成分の含有量を分析した。【結果】熟成香に寄与が大きいとされているソトロン、ジメチルトリスルフィド(DMTS)、イソバレルアルデヒドの含有量は常温熟成で著しく増加し、11～20年間でピークを迎える傾向を示した。一方、低温熟成でこれらの香気成分の増加がとても緩やかで、新酒の主要香気成分である酢酸イソアミルとカプロン酸エチル含有量が3～30年間で閾値(それぞれ0.27mg/Lと0.12mg/L)以上の値を保った。ゆでたジャガイモのような香りをするメチオナールは常温熟成で経年減少するが、低温熟成で3～30年の間増加し、その後減少する傾向だった。この研究で得られた結果は、清酒の熟成条件の最適化または熟成程度の予測に基礎的な情報として重要である。

掲載雑誌

Journal of Food Composition and Analysis, 121, 105351 (2023)

3 精米条件が酒造用原料米の酒造適性変化に及ぼす影響 ～扁平精米条件と通常精米条件の比較～ Changes in sake making properties of rice grains during the two ways of rice polishing

著者

奥田将生、髙橋圭、上用みどり、包紅彬、河野弘美、向井伸彦、木下靖章、榎本安宏、吉岡利晃、岩本理、海老克哉、為久博文

OKUDA Masaki, TAKAHASHI Kei, BAO Hong-Bin, KOHNO Hiromi, JOYO Midori, MUKAI Nobuhiko, KINOSHITA Yasuaki, ENOMOTO Yasuhiro, YOSHIOKA Toshiaki, IWAMOTO Osamu, EBI Katsuya, and TAMEHISA Hirobumi

要約

精米条件が酒造用原料米の酒造適性変化に及ぼす影響について調べた。以下の２条件で精米を行った。#90条件：通常より細かい砥石粒度（#90）のロール、低回転数、高電流値、#60条件：砥石粒度、回転数、通常電流値。#60条件では原形から球状に近い形状に精米されたのに対し、#90条件では扁平形状となった。砕米率、胚芽残存率は、#60条件より#90条件の方が高かった。粗タンパク質は#60条件より#90条件の方が低かった。脂質及びナトリウム、マグネシウム、リン、カリウム、カルシウムは、両条件ともに玄米から精米歩合80%時点で大きく減少したが、減少の程度は2つの精米条件により異なり、脂質及びナトリウム、マグネシウム、リン、カリウム、カルシウムは、精米歩合70%まで#60条件より#90条件の方が高かった。吸水率及び水浸裂傷率は、吸水初期において、#60条件より#90条件の方が高かった。消化性のBrix値は#60条件より#90条件の方が若干高く、消化液のアミノ酸含量は#90条件で低く、消化液の無機成分含量は#90条件で高かった。酒造用原料米全国統一分析に基づき精米した精米歩合70%白米の酒造適性値は、精米歩合80~50%の精米歩合の酒造適性値と高い相関がみられた。このことから、精米歩合70%白米の酒造適性分析値でも高度に精米した場合でも酒造適性を評価するには十分利用できることが示唆された。

The influences of rice polishing conditions on the rice properties for sake making were investigated. The rice grains were polished in the following two ways: a (#90 program) fine grind stone roll (#90), and a lower roll rotation speed and higher electric current, a (#60 program) usual grind stone (#60), and a normal roll rotation speed and normal electric current. The shapes of polished rice grains became flat in the #90 program, while grains remained close to the original, spherical shape in the #60 program. The ratios of cracked rice and residual embryos were higher in the #90 program than those in the #60 program. The rice protein content was lower in the #90 program than that in the #60 program. The contents of crude fat, Na, Mg, P and Ca decreased rapidly until rice polishing ratio of 80% in both programs, but the degree of decrease differed between the two programs. The contents of crude fat, Na, Mg, P and Ca were higher in the #90 program than that in the #60 program until the 70% polishing ratio. The water absorption ratio and the ratio of cracked rice during steeping at early stages were higher in the #90 program than that in the #60 program. The enzyme digestibility (Brix) was slightly higher in the #90 program than that in the #60 program; the contents of amino acids in digested solutions were lower and the contents of mineral contents in digested solutions were higher in the #90 program than in the #60 program. The data from the 70% polishing rice analyzed by the national standard methods of rice used for sake making correlated significantly with the data from various rice-polishing ratios. This result indicated that the data from 70% polishing rice analyzed by the national standard methods of rice used for sake making are useful to evaluate the rice properties, even in the case of a lower rice-polishing ratios.

掲載雑誌

日本醸造協会誌, 118(5), 340-364 (2023)

4 Targeted mutations produce divergent characteristics in pedigreed sake yeast strains 標的変異は、系統の明らかな清酒酵母菌株に様々な特性をもたらす

著者

KLINKAEWBOONWONG Norapat, OHNUKI Shinsuke, CHADANI Tomoya, NISHIDA Ikuhisa, USHIYAMA Yuto, TOMIYAMA Saki, ISOGAI Atsuko, GOSHIMA Tetsuya, GHANEGOLMOHAMMADI Farzan, NISHI Tomoyuki, KITAMOTO Katsuhiko, AKAO Takeshi, HIRATA Dai, and OHYA Yoshikazu

クリンケーブンウォン・ノラパット、大貫慎輔、茶谷朋哉、西田郁久、牛山宥人、富山早紀、磯谷敦子、五島徹也、ガネゴルモハマディ・ファーザン、西智之、北本勝ひこ、赤尾健、平田大、大矢禎一

要約

Modification of the genetic background and, in some cases, the introduction of targeted mutations can play a critical role in producing trait characteristics during the breeding of crops, livestock, and microorganisms. However, the question of how similar trait characteristics emerge when the same target mutation is introduced into different genetic backgrounds is unclear. In a previous study, we performed genome editing of AWA1, CAR1, MDE1, and FAS2 on the standard sake yeast strain Kyokai No. 7 to breed a sake yeast with multiple excellent brewing characteristics. By introducing the same targeted mutations into other pedigreed sake yeast strains, such as Kyokai strains No. 6, No. 9, and No. 10, we were able to create sake yeasts with the same excellent brewing characteristics. However, we found that other components of sake made by the genome-edited yeast strains did not change in the exact same way. For example, amino acid and isobutanol contents differed among the strain backgrounds. We also showed that changes in yeast cell morphology induced by the targeted mutations also differed depending on the strain backgrounds. The number of commonly changed morphological parameters was limited. Thus, divergent characteristics were produced by the targeted mutations in pedigreed sake yeast strains, suggesting a breeding strategy to generate a variety of sake yeasts with excellent brewing characteristics.

作物、家畜、微生物の育種において、遺伝的背景の改変や、場合によっては目的とする突然変異の導入は形質特性を生み出す上で重要な役割を果たす。しかし、同じ標的変異を異なる遺伝的背景に導入した場合に、どのようにして類似した形質特性が出現するのかという疑問は不明である。我々は過去の研究で、清酒酵母の標準株であるきょうかい7号にAWA1、CAR1、MDE1、FAS2のゲノム編集を行い、複数の優れた醸造特性を持つ清酒酵母を作出した。また、同様の変異を他の系統の清酒酵母（例えば、きょうかい6号、9号、10号）に導入することで、同様の優れた醸造特性を持つ清酒酵母を作出することができた。しかし、ゲノム編集酵母によって造られた清酒の他の成分は、まったく同じようには変化しないことがわかった。例えば、アミノ酸やイソブタノールの含有量は菌株のバックグラウンドによって異なっていた。また、標的変異によって誘導される酵母細胞の形態変化も、株背景によって異なることを示した。一般的に変化する形態学的パラメーターの数は限られていた。このように、系統のわかった清酒酵母株において、標的変異によって多様な特性が生み出され、優れた醸造特性を持つ多様な清酒酵母を作出する育種戦略の可能性が示唆された。

掲載雑誌

Microorganisms, 11(5), 1274 (2023)