ナデシコ目の赤ビートなどのベタレイン色素について

   秋の牛久沼周辺を散歩すると、コキアやヨウシュヤマゴボウ、マツバギク、シロザなど赤く色づいた植物や花に出会います。これらはナデシコ目に属しベタレイン色素を含有する植物のようです。

秋の散歩で出会うナデシコ目の植物

タデ科に属するイヌタデもたくさん見かけます。タデ科もナデシコ目ですがその赤い花にはベタレインが無くてアントシアニンが存在しているとのことです。

ベタレインはナデシコ目に含有される色素と言われていますが、タデ科やナデシコ科（例：カーネーション）などのようにナデシコ目に属するものの、ベタレインを含まずアントシアニンを含有するグループも少しあるようです。

ベタレイン含有植物として最も有名なものは、ウクライナ料理として有名なボルシチの素材である赤ビートのように思います。

そこで、赤ビート根のベタレイン組成に関する研究報告^１）を調べたところ、赤色色素のベタシアニンとしては、主要成分であるベタニンの他に立体異性体のイソベタニンと酸化型のネオベタニンが検出されるとのことです。また、ベタニンやイソベタニンは加熱により著しく減少するものの、その一部はネオベタニンに変化することも分かっているようです¹⁾。

加熱処理では、ベタシアニジンを構成するベタラミン酸部位のカルボン酸の離脱も生じるとのことで、多様な成分が生成されるようです²⁾。

赤ビート根の主要なベタキサンチンはブルガキサンチンⅠで、やはり加熱により著しく分解されるとのことです。

ベタキサンチンはベタラミン酸にアミノ酸やアミンが結合した化合物ですが、その慣用名は化合物が検出された植物に因んで名づけられていたようです。　

その後2013年度までに、31種類のベタキサンチンが同定・報告されているようです³⁾。

ベタレインを含有する花としては、前回記載したオシロイバナとともにマツバボタン（ポーチュラカ）に関する研究が数多く行われているようです。

マツバボタンには黄色、橙色、赤色、紫色の花がありますが、ベタシアニンは紫色の花に多く、ベタキサンチンは黄色の花に多く含有されているようです⁴⁾。

また、ベタキサンチンについては花色に関わらずベタラミン酸にプロリンが結合したインディカキサンチンが、次いでチロシンが結合したポーチュラカキサンチンⅡが多く存在し、合わせて19種類のベタキサンチン含量が報告⁴⁾されていました。

ベタレインに関する研究はアントシアニンやカロテノイドに比べてかなり遅れ、最近ようやく生合成の基本部分が解明され、さらに抗酸化性を始め生態調節機能も次々に見出されたことから急激に注目され始め、学術誌も「La Vie en Rose：Mol. Plant. 11, 7-22(2018)」(cf. Édith Piaf)　や「The down of betalains: New Phytologist, 227, 914-929(2020)」と題して総説を掲載しています。興味を持ちました。

 

参考）

１）Lucia Aztatzi-Rugerio et al.: Analysis of the degradation of betanin obtained from beetroot using Fourier transform infrared spectroscopy., J. Food Sci. Tchnol. 2019, 5(8), 3677-3686.

２）Katarzyane Sutor-Swiezy et al: Dehydrogenation of Betacyanins in Heated Betalain-Rich Extracts of Red Beet (Beta vulgaris L.)., International Journal of Molecular Science, 2022, 23, 1245.

3) Fernando gandia-Herrero et al.: Biosynthesis of betalains: Yellow and violet plant pigments., Trend in Plant Science, 2013, 18(6), 334-343.

4）Aneta Sporna-Kucab et al.: Metabolite Profiling Analysis and the Correlation with Biological Activity of Betalain-Rich Portulaca grandiflora Hook. Extracts., Antioxidants, 2022, 11, 1654.

オシロイバナのベタレイン色素の不思議

  秋が深まり朝の気温が10℃以下の日もあり寒くなりました。庭では遅く芽を出したオシロイバナ（Milabilis Jalapa）がまだ花を咲かせていますが、花を開く時間が短くなり、そろそろ終わりになりそうです。

オシロイバナ（１１月１３日）

桃色と黄色、キメラ咲のオシロイバナ

　オシロイバナの花の色素は良く知られているアントシアニンではなくてベタレインと呼ばれるグループで、化学構造の違いからベタシアニンとベタキサンチンに分類されています。

ベタレインはオシロイバナの他にコキアやアカザ、アマランサス、ポーチュラカ、サボテンなどが属するナデシコ目の植物に含有される色素で、不思議なことに、ベタレインを含有する植物にはアントシアニンは見つからず共存しないとのことですが、最近そのメカニズムに関する報告が出ていました^１）。

ベタレインの生合成についてはまだ不明な部分もあるようですが、合成に関わる基本的な遺伝子は解明されていて上海市農業科学院で「ベタニンライス（Betanin Rice）」が^２）、トイツでは赤ビートよりベタレイン含量の多いトマトが作出されているようです^３）。

ベタレイン合成に関与する酵素遺伝子をアントシアニン含有植物に導入した場合は、アントシアニン含量がかなり減少するものの、ベタニンとアントシアニンは共存し、リンドウ目のトルコギキョウの場合は、両色素を含有する濃いワインレッドの花ができたとのことです^４）。

クリスパーCas9等によるゲノム編集作物が今後注目されることでしょう。

ベタレインのベタシアニンとベタキサンチンに共通する基本構造はベタラミン酸（Betalamic acid）で、この化合物はチロシンの水酸化によって生じたL-ドーパ（L-4,5-Dopa）からジオキシゲナーゼによるベンゼン環の解列反応に伴い生成するようです。

ベンゼン環を切断する反応は面白いです。土壌汚染物質の分解などに応用できるといいなと思ってしまいます。

ベタラミン酸の尻尾部分はカルボニル基なので、アミノカルボニル反応でシクロドーパ（cyclo-DOPA）やそのグルコシドと自発的に反応するとベタニジンやベタニンが生成し、アミノ酸やアミンと反応するとベタキサンチンが生じる仕組みのようです。

今回とりあげたオシロイバナの場合はベタシアニン類のベタニンに加えて、インディカキサンチンIやブルガキサンチンⅠ、ミラキサンチンⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴなど８種類のベタキサンチンが確認されているようです^５）。ベタラミン酸の立体異性体が存在。

　オシロイバナの花色についてはメンデルの法則に合わない例として良く取り上げられているようですが、その他に花びらがキメラ模様になることも話題になっており、キメラをもたらす遺伝子としてトランスポゾン（動く遺伝子）が関与しているとのことです。

　トランスポゾンはアントシアニン遺伝子等の発現に関する研究によって発見されたもので、1983年のノーベル生理学・医学賞になっていますが、同じ花色素の一つであるベタレインの発現にも関与しているとのことで興味深いです。

 

参考）

１）Masaaki Sakuta et al.：Anthocyanin synthesis potential in betalain-producing Caryopyllales plant., J.Plant Research (2021), 134:1335-1349.

２）Yong-Sheng Tian, et al. : Metabolic engineering of rice endosperm for betanin biosynthesis., New Phytologist, 225, 1915-1922(2020).

３）Ramone Grutzner et al.: Engineering Betalain Biosynthesis in Tomato for High Level Betanin Production in Fruits, Frontiers in Plant Science, 12: 682443(2021)

4）Eri Tomizawa et al.: Additional betalain accumulation by genetic engineering leads to a novel flower color in lisianthus (Eustoma grandiflorum)., Plant Biotechnology, 38,323-330(2021).

5）M.Piattelli, et al.: Pigments of centrospermae V:Betaxanthins from Mirabilis Jalapa L,. Phytochemistry, 4(6), 817-823(1965).

 

牛久沼への散歩とセイタカアワダチソウ

   11月２日に牛久沼まで散歩しました。

国道６号牛久土浦バイパスの歩道を歩きながら、歩道脇の野草の写真を撮りました。

国道６号線の牛久土浦バイパスの歩道を歩き牛久沼へ

カナムグラやコセンダングサ、オヒシバなど、それぞれの野草の種子が目立ち始め秋の深まりを感じます。

オヒシバの上にはベニシジミが止まっていました。

オヒシバに止まったベニシジミ

ツバメシジミはコセンダングサの花の蜜を吸っていました。

コセンダングサの花の蜜を吸うツバメシジミ

天気が良かったので牛久沼のほとりの景色も綺麗でした。

牛久沼の散歩では、アヤメ苑に設置されたトイレの上の展望台からいつも写真を撮っています。今回は10時30分頃の写真ですが、放射冷却で気温が下がり沼にはモヤがかかっていました。

アヤメ苑展望台から牛久沼を望む（11月2日）

　沼のほとりではセイタカアワダチソウの花の写真を撮りました。

セイタカアワダチソウの花

セイタカアワダチソウは帰化植物で在来のススキなどと競合することなどから日本では駆除の対象になっていますが、繁殖力・成長力ともに旺盛なので利用できるといいなと感じます。

でも、岩手に帰ると以前よりセイタカアワダチソウが目立たなくなったように思いますので、ススキやイタドリ、ヨモギなど在来の路地野草も挽回しているのでしょうか。

　セイタカアワダチソウはキク科アキノキリンソウ属（Solidago）に分類され、世界的には様々な類似種があるようですが、日本に生育している種類は北米原産のSolidago Canadensis と記されている場合が多いようです。

　セイタカアワダチソウは名称の由来のとおり泡立ったように見える黄色の花が目立ちますので、その黄色色素について調べて見ました。

　黄色い色はカロテノイドのキサントフィル属の一員のルテインが主体のようです。でも、ほうれん草やマリーゴールドの花に多く存在するオールトランス型のルテインと異なり、主要成分はその立体異性体の9シス, 9’-シス型のようです^１）。

ルテインの立体異性体の比較

  網膜に蓄積し眼を光から保護するルテインはオールトランス型のようなので^２）、少し期待外れでした。

   でも人における消化吸収系ではシス型の方が体内吸収率が高いとのことで、むしろシス型への変換工程に関する研究も行われており^３）、体内でのシス・トランスの変換機構について興味を持ちました。ロドプシンのレチナールは光によりシス体からトランス体になった後にシス体に変換されることも分かっているようなので、調べて見たいです。

　その他の機能性成分としてセイタカアワダチソウの葉には、クロロゲン酸とルチン、ケンフェロール配糖体が比較的多く存在するようです^４）。

   海外では観賞用としての改良のため、花にアントシアニン合成遺伝子を導入した組換え体の作成も行っているようです^５）。

　セイタカアワダチソウやアキノキリンソウは食用にもなるとのことで、日本でもネット上の話題では、春先のロゼット葉や若芽、若い花穂などを食べた例があるようです。　

　私はまだ試していませんけれど。

　

参考）

１）Gyorgyi Horbath et al.: Separation and Identification of Carotenoids in Flowers of Chelidonium majus L. and Inflorescences of Solidago canadensis L., Chromatographia 71, 103-108(2010)

２）Frederick Khachik et al.: Transformations of Selected Carotenoids in Plasma, Liver, and Ocular Tissues of Humans and in Nonprimate Animal Models., IOVS, 43(11), 3383-3392(2002)

３）本田真己：シス異性化による物性変化を利用したカロテノイド加工の効率化、日本食品工学会誌、21(1),1 -10(2020）

４）Iman M. El-Sayed et al.: Molecular Characterization and Positive Impact of Brassinosteroids and Chitosan on Solidago canadensis cv. Tara Characteristics., Horticulturae 2020, 6, 100.

５）Oded Skaliter et al.: Ectopic Expression of PAP1 Leads to Anthocyanin Accumulation and Novel Floral Color in Genetically Engineered Goldenrod (Solidago canadensis L.)., Frontiers in Plant Science, 2019, 10, 156.

秋晴れの朝日峠と筑波山つつじが丘を散策

   １０月２１（金）に岩手から牛久に戻りました。２２日（土）は小学生の孫娘とともに牛久市の清掃奉仕活動に登録していたようです。すっかり忘れていて２４（月）まで岩手にいるつもりでした。危なかったです。

牛久市では各地区で清掃活動などが盛んに行われているようなので、担当した道路にはほとんどゴミ類は落ちていませんでした。孫とのゴミ争奪戦でした。

その後、家族が次々に風に罹ったため外出を控えていいましたが、一段落したので１０月３１日に家内と生後六カ月の孫娘とともに表筑波スカイラインの朝日峠展望台駐車場に車を止め、展望台に登りました。

霞ヶ浦が綺麗に見えました。少し鼻水が出ていましたが、孫娘は草原に座ってご機嫌でした。

秋晴れの霞ヶ浦方面（朝日峠展望台から）

筑波山や宝篋山、小町山はクッキリと見え登山日和のようです。

筑波山（朝日峠展望台から）

小町山と宝篋山（朝日峠展望台から）

展望台から駐車場に向かう遊歩道で一匹のキタテハに会いましたが、直ぐに遠くに飛んで行きました。翅の端がボロボロでした。アザミの花に大きなキンケハラナガツチバチが来て蜜を吸っていました。せわしなく動いています。

キンケハラナガツチバチ

その後、岩手在住の親戚との待ち合わせ場所の、筑波山つつじが丘駐車場に車を止め、少し散策しました。

筑波山つつじが丘駐車場周辺では、雄と雌のツマグロヒョウモンを見つけました。メスは草の中に入り産卵しているように見えました。ツマグロヒョウモンは幼虫で越冬するとのことなので、寒くなると麓に移動するのでしょうか。

ツマグロヒョウモン雄（つつじが丘駐車場：10月31日）

ツマグロヒョウモン雌（つつじが丘駐車場：10月31日）

キタテハも飛んでいたので追いかけたところ、ツツジの葉陰に隠れる様に止まりました。キタテハは成虫で越冬するとのことです。

キタテハ（つつじが丘駐車場：10月31日）

ゲンノショウコの花も見つけました。オシベに葯がまだ付いている若い花でした。５枚の萼片の形も面白いです。

ゲンノショウコの花（10月30日）

計画変更等で親戚には会えませんでしたが、秋晴れの中を久しぶりに筑波山麓を歩くことができました。

晩秋の八幡平の八幡沼を歩く

   １０月２０日、御在所湿原を散策した後八幡平頂上駐車場に車を止め、八幡沼の遊歩道を歩きました。八幡沼は青く輝いていました。

八幡平の八幡沼（１０月２０日）

八幡平頂上駐車場から「見返り峠」を仰ぎ見ると、青空の下で笹原の緑が綺麗に見えました。

駐車場付近からの「見返り峠」の景色

結構風が強かったので、八幡沼に向かう途中にあるガマ沼の湖面が波立っていました。

八幡平のガマ沼

今回は、陵雲荘から見返り峠まで八幡沼を一周して駐車場に戻りました。

その途中、湖面に近い遊歩道脇の椅子に腰かけ昼食を食べました。

八幡沼の湖畔で昼食

湿原の草原は広く遠くまで見渡すことができましたが、風が強く寒かったので湿原を散歩する観光客は少なかったように思います。

晩秋の八幡平湿原の様子（１０月２０日）

対岸からの陵雲荘

見返り峠から畚岳（もっこだけ）がみえました。頂上に登りたかったのですが、13時を過ぎ予想より寒かったので今回は止めにしました。

見返り峠からの畚岳付近の景色

11月中旬には八幡平アスピーテラインと樹海ラインは通行止めになると予想されますので、私にとって今年の八幡平登山は終わりです。

見返り峠付近で、冬枯れのヤマハハコの花を見つけました。枝葉は茶色になっていますが、花は凍結と融解を繰り返しても褐変せずに乾燥するようです。今まで気づきませんでした。色あせない生きた証をいつまでも残すヤマハハコに憧れます。

枯れたヤマハハコ　　　　　　

冬枯れのヤマハハコの白い花

　アスピーテラインを戻る途中の展望スポットで岩手山の写真をとりました。頂上付近が白くなっていました。

頂上に雪のある岩手山（10月20日）

来年の夏は、岩手山に登りたいと思っています。

晩秋の静寂に包まれた八幡平御在所湿原

    10月１９日は午前・午後とも畑等の草刈り作業を行い、１０月２０日は朝から八幡平に出かけました。

最初、八幡平山頂上の少し手前にある御在所バス停留所の駐車場に車を止めて御在所園地（御在所湿原）を散策しました。

2011年に閉鎖・整地された八幡平ユースホステル跡地に隣接する赤沼神社の大きな赤い鳥居をくぐり10分ほど歩き赤沼に着きました。

赤沼は16℃前後の湧き水が湖底から湧き出ているため不凍湖で五色沼とも呼ばれるようです。

水は冷たい４℃の時に最も重く比重が１になり、寒い時期には湧き水の方が暖かく軽いので湖面に上昇することから、湖面と湖底での水の循環が生じ、湧き水に含まれる青色の2価鉄イオンが湖面で空気に触れ酸化されて赤褐色の３価鉄イオンに変わるとのことです。

赤く濁った晩秋の赤沼（１０月２０日）

そのため湖面の水の温度が湧き水より低い、春・秋・冬は赤色の沼になり、一方暖かい夏には湖面の方が湧き水より温度が高く維持され、水は循環せず２価鉄イオンは酸化されず青色に保たれ、青沼になるとのことのようです。面白いです。

赤沼（五色沼）の秘密

赤沼の隣には御在所沼があり、湖面に空が写っていました。

御在所沼

赤沼と御在所沼の間には木造の東屋があり、その手すりに緑色のカメムシが一匹動き回っていました。カメムシを気にしながらしばらく景色を眺め休憩しました。

御在所園地の東屋

御在所園地の東屋にいたカメムシ（１０月20日）

御在所沼を通り過ぎると湿原が広がり、湿原に生えた草は薄茶色に枯れ遠くまで広がっていました。紅葉が終わり少し寂しげな景色ですが、自然に心が落ち着いていくような感じがしました。誰もいない広い静寂の空間でした。

晩秋の静寂に包まれた御在所湿原（１０月２０日）

紅葉を探すと、わずかな赤色の林が見つかりました。

僅かに残った紅葉

これもそろそろ消え厳しい冬がやってくるのでしょう。

適期を過ぎた遅い２回目の訪問でしたが、相性がいいように感じています。

幼いころそう遠くない所に住んでいたのですが、老いてその良さを聞いてからの訪問になり、少し複雑な思いがこみ上げました。