Quantitative Evaluation of the Contribution of Four Major Anthocyanins to Black Flower Coloring of Dahlia Petals

Abstract

The black flower color of dahlias (Dahlia variabilis) has been suggested to be attributed to a high accumulation of cyanidin (Cy)-based anthocyanins. A possible explanation for this effect is that Cy-based anthocyanins in dahlias contribute more to the black flower color than pelargonidin (Pg)-based anthocyanins by lowering petal lightness (L*) and chroma (C*), but no obvious evidence has been reported. In this study, four major anthocyanins accumulated in dahlia petals, 3, 5-diglucoside (3, 5diG) and 3-(6''-malonylglucoside)-5-glucoside (3MG5G) of Pg and Cy, were purified and their colors were evaluated in vitro at various pHs (3.0, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, or 7.0) and various concentrations (0.25, 0.5, 1.0, 2.0, or 3.0 mg·mL−1 at pH 5.0 or pH 3.0). The color of solution of purified anthocyanins varied depending on pH. At pH 5.0, which is approximately the same as pH of dahlia petals, and at pH 3.0, at which anthocyanins are relatively stable, the L* and C* of Cy 3, 5diG were similar to or higher than those of Pg 3, 5diG, suggesting that Cy 3, 5diG did not contribute more to the black flower coloring than Pg 3, 5diG. On the other hand, the L* and C* of Cy 3MG5G were significantly lower than those of Pg 3MG5G, particularly above 2.0 mg·mL−1, suggesting that Cy 3MG5G contributed more than Pg 3MG5G. A similar tendency was observed in the color measurement of mixed anthocyanins in various proportion of Pg and Cy. The L* and C* of Pg 3MG5G were much higher than those of the other three anthocyanins; therefore, its color was considered to be the farthest from black among the four anthocyanins. The accumulated amount of 3MG5G-type anthocyanins was much higher than that of 3, 5diG-type anthocyanins in all nine cultivars, although the proportion of Pg- and Cy-based anthocyanins varied among the cultivars. Considering these results, it was suggested that because 3MG5G-type anthocyanins predominantly accumulate in petals, and Cy 3MG5G has a significantly higher contribution to lowering L* and C* than Pg 3MG5G, the high accumulation of Cy-based anthocyanins is critical for the black flower coloring of dahlias. The contribution of each anthocyanin is considered to depend on the structure; therefore, identifying the anthocyanin with the highest contribution to lowering L* and C* may enable the production of black flowers in various species through the high accumulation of the anthocyanin in petals.

ダリア（Dahlia variabilis）の黒色花はシアニジン（Cy）系アントシアニンの高蓄積に起因するものであることが先行研究により示唆されていた．そのため，ダリア花弁に蓄積する Cy 系アントシアニンはペラルゴニジン（Pg）系アントシアニンよりも花弁の明度 L* および彩度 C* を下げるはたらきが強く，花弁黒色化への寄与度が高いことが予想されたが，これまでにそれを示した報告はない．本研究では，ダリア花弁に蓄積する 4種類の主要なアントシアニン，Pg 3, 5-ジグルコシド（Pg 3, 5diG），Cy 3, 5-ジグルコシド（Cy 3, 5diG）Pg 3-（6''-マロニルグルコシド）-5-グルコシド（Pg 3MG5G）および Cy 3-（6''-マロニルグルコシド）-5-グルコシド（Cy 3MG5G）を抽出精製し，異なる pH（3.0，4.0，4.5，5.0，5.5，6.0 あるいは 7.0）あるいは異なる濃度（0.25，0.5，1.0，2.0 あるいは 3.0 mg·mL−1）における溶液の色（CIE L*a*b*C*）を in vitro で評価した．各アントシアニンの色は溶液の pH により変化した．ダリア花弁の pH に近い pH 5.0 およびアントシアニンが比較的安定な構造を保つ pH である pH 3.0 のいずれにおいても，Cy 3, 5diG の L* および C* は Pg 3, 5diG と同様あるいは高かったことから，Cy 3, 5diG は Pg 3, 5diG よりも花弁黒色化への寄与度が高いわけではないと考えられた．一方で，Cy 3MG5G の L* および C* は Pg 3MG5G よりも，特に 2.0 mg·mL−1 以上の高濃度において有意に低く，花弁黒色化への寄与度が高いことが示唆された．同様の傾向が Pg 系アントシアニンと Cy 系アントシアニンを様々な割合で混合した色素の測色でもみられた．Pg 3MG5G の L* および C* は他の 3 種のアントシアニンよりも極めて高かったことから，Pg 3MG5G は 4種のアントシアニンのなかで最も黒色から遠い色を示すことが考えられた．ダリア花弁に蓄積する Pg 系アントシアニンと Cy 系アントシアニンの量比は品種によって様々であったのに対し，いずれの品種においても 3MG5G 型アントシアニンの蓄積量は 3, 5diG 型アントシアニンよりも多かった．これらの結果から，ダリア花弁においては 3MG5G 型アントシアニンが主要に蓄積しており，かつ，Cy 3MG5G が Pg 3MG5G よりも花弁 L* および C* を下げるはたらきが強く花弁黒色化への寄与度が高いために，Cy 系アントシアニンの高蓄積が花弁の黒色化に重要であると示唆された．個々のアントシアニンの花弁黒色化への寄与度は各アントシアニンの構造により決まると考えられたため，L* および C* が最も低いアントシアニンを特定し，それを高濃度で花弁に蓄積させることで，様々な花卉品目において黒花品種を作成することが可能になると考えられた．