近日華南農(nóng)業(yè)大學園藝學院雷建軍教授團隊在辣椒素類物質(zhì)生物合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控和遺傳進化取得重要進展。相關(guān)成果以Natural variations in the MYB transcription factor MYB31 determine the evolution of extremely pungent peppers發(fā)表國際學術(shù)期刊《New Phytologist》。

　　植物為了適應其生存環(huán)境進化出了各種各樣的次生代謝產(chǎn)物參與防御反應。辣椒素及其類似物是辣椒屬植物特有的一種次生代謝產(chǎn)物，賦予辣椒果實辣味，同時幫助其抵抗哺乳動物和病原菌危害果實和種子。辣椒素類物質(zhì)同時在醫(yī)藥、化工、食品和軍事等領域具有重要的經(jīng)濟和應用價值，純辣椒素（類物質(zhì)）價值高達數(shù)萬元每千克。由于辣椒獨特的風味，辣椒在世界被廣泛栽培，根據(jù)聯(lián)合國糧食和農(nóng)業(yè)組織的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全世界吃辣的人口數(shù)量達到60%，在過去幾十年間，鮮食辣椒總產(chǎn)量翻了三倍多，干辣椒的總產(chǎn)量也將近翻了兩倍。據(jù)2018年統(tǒng)計我國辣椒栽培面積達到3000萬畝，辣椒及其相關(guān)制品產(chǎn)值超過1000億元。辣椒已被許多地區(qū)列為重要的鄉(xiāng)村振興作物之一。

　　辣椒基因組測序表明，辣椒素合成途徑相關(guān)基因（Capsaicinoid biosynthetic gene, CBG）在和辣椒近緣的茄科植物番茄、土豆、煙草矮牽牛等植物中都存在，比較轉(zhuǎn)錄組學發(fā)現(xiàn)辣椒素合成相關(guān)基因在特異在辣椒胎座中獲得轉(zhuǎn)錄是辣椒產(chǎn)生辣味的原因（Kim等，2014；Qin 等2014）。在辣椒35個種中有5個被栽培和馴化。和其他幾個種相比Capsicum chinense特點是極辣（辣椒素類物質(zhì)含量極高），所有“吉尼斯世界記錄”報道的*辣的辣椒“印度魔鬼椒”、“卡萊羅納死神椒”和“Pepper X”都來自于該種，我國*辣的“涮涮辣”和海南黃燈籠椒也屬于該種。然而，辣椒素合成途徑相關(guān)基因（CBG）特異在辣椒屬中獲得轉(zhuǎn)錄，以及極辣辣椒形成的遺傳和分子機制尚不清楚。

　　采用辣椒素含量極高（極辣）的辣椒740自交系（C. chinense）做母本，辣椒素含量極低（微辣）的辣椒CA1自交系（C. annuum）做父本構(gòu)建了種間雜交群體。從辣椒中克隆到一個在辣椒胎座特異表達的MYB轉(zhuǎn)錄因子MYB31，進化分析表明和其近緣的茄科物番茄、土豆、煙草、茄子雖然也存在MYB31同源基因，但是MYB31在這些植物中卻未轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄水平分析發(fā)現(xiàn)MYB31和辣椒素合成相關(guān)基因高度共表達，進一步實驗發(fā)現(xiàn)其可以通過直接調(diào)控辣椒素合成相關(guān)基因參與辣椒素的生物合成。

　　在C. annuum、C. baccatum、C. chinense、C. frutescens、C. pubescens不同辣度基因型材料的轉(zhuǎn)錄水平和辣椒素合成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平及辣椒素類物質(zhì)含量顯著正相關(guān)。通過分析不同辣度基因型材料啟動子序列，發(fā)現(xiàn)啟動子變異和其轉(zhuǎn)錄活性相關(guān)。決定種間啟動子活性差異的關(guān)鍵區(qū)域，在高辣的C. chinense基因材料存在1個正常的W-box元件，然而在低辣的C. annuum、C. baccatum、C. frutescens和C. pubescens基因型材料該W-box元件缺失或者存在SNP突變。進一步分析表明該W-box可以被一個胎座特異表達的WRKY9轉(zhuǎn)錄因子識別使得轉(zhuǎn)錄被強烈激活，進而使得高辣的C. chinense基因型材料的基因轉(zhuǎn)錄水平明顯高于其他4種基因型，進而導致極辣C. chinense種的形成。功能的明確為辣椒素類物質(zhì)特異在辣椒屬中合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控提供了新認識，其啟動子變異為極辣基因型辣椒（C. chinense）遺傳進化提供新見解。啟動子的變異可用于開發(fā)相應的診斷性分子標記用于辣椒風味遺傳改良。

　　華南農(nóng)業(yè)大學博士生朱張生為該論文的*作者，課題組雷建軍教授和陳長明副教授為該論文通訊作者。研究得到了國家自然科學基金（31572124）、國家重點研發(fā)計劃（2018YFD1000800）、華南農(nóng)業(yè)大學研究生聯(lián)合培養(yǎng)海外項目（2017LHPY018）的資助。

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