近日華南農業(yè)大學園藝學院雷建軍教授團隊在辣椒素類物質生物合成的轉錄調控和遺傳進化取得重要進展。相關成果以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。辣椒素類物質同時在醫(yī)藥、化工、食品和軍事等領域具有重要的經濟和應用價值，純辣椒素（類物質）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，鮮食辣椒總產量翻了三倍多，干辣椒的總產量也將近翻了兩倍。據(jù)2018年統(tǒng)計我國辣椒栽培面積達到3000萬畝，辣椒及其相關制品產值超過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，比較轉錄組學發(fā)現(xiàn)辣椒素合成相關基因在特異在辣椒胎座中獲得轉錄是辣椒產生辣味的原因（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基因（CBG）特異在辣椒屬中獲得轉錄，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錄。轉錄水平分析發(fā)現(xiàn)MYB31和辣椒素合成相關基因高度共表達，進一步實驗發(fā)現(xiàn)其可以通過直接調控辣椒素合成相關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錄水平和辣椒素合成相關基因轉錄水平及辣椒素類物質含量顯著正相關。通過分析不同辣度基因型材料啟動子序列，發(fā)現(xiàn)啟動子變異和其轉錄活性相關。決定種間啟動子活性差異的關鍵區(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轉錄因子識別使得轉錄被強烈激活，進而使得高辣的C. chinense基因型材料的基因轉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特異在辣椒屬中合成的轉錄調控提供了新認識，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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