新京報訊（記者周懷宗）朝天椒的果實為何向上生長？甜椒本來就沒有辣味兒嗎？近日，一項新的研究，解開了辣椒演化的秘密，揭示了從野生種到現(xiàn)代栽培種變化的過程中，導致辣椒性狀分化的數(shù)次重要變化。該研究由中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所蔬菜分子設(shè)計育種創(chuàng)新團隊和茄科蔬菜育種創(chuàng)新團隊完成，成果發(fā)表在《自然植物（Nature Plants）》上。

辣椒是我國播種面積和產(chǎn)值最大的蔬菜作物之一。辣椒屬包含30多個種，包括5個栽培種和眾多野生種，遺傳多樣性豐富，但演化路線尚不明確。

該研究中，科研人員利用新型測序技術(shù)，完成了11個辣椒基因組的高質(zhì)量組裝，這些材料包括了一年生辣椒、灌木辣椒、中國辣椒、下垂辣椒、茸毛辣椒全部5個栽培種，以及起源于美洲安第斯山脈區(qū)域的約1200萬年前分化的遠緣野生種C. rhomboideum等5個野生種材料。其中C. rhomboideum基因組最小，約為其他辣椒基因組的一半。

通過系統(tǒng)發(fā)育分析，發(fā)現(xiàn)C. rhomboideum作為安第斯類群野生辣椒的代表，最早出現(xiàn)分化現(xiàn)象，其次是茸毛辣椒，其他辣椒分為兩個主要分支?；谶M化關(guān)系和基因組共線性，重建了辣椒屬的祖先核型。明確了辣椒屬祖先具有12對染色體，C. rhomboideum的13對染色體是由12對染色體重排而來，回答了關(guān)于辣椒祖先染色體數(shù)目的爭議。而通過比較染色體三維區(qū)室，科研人員發(fā)現(xiàn)，染色體重排事件引起了三維區(qū)室的轉(zhuǎn)變，這揭示了染色體重排和三維結(jié)構(gòu)變化間的聯(lián)系。

研究發(fā)現(xiàn)，不同辣椒基因組中的轉(zhuǎn)座子爆發(fā)事件存在明顯差異。這些轉(zhuǎn)座子插入事件帶來了大量的基因組間結(jié)構(gòu)變異。其中，中國辣椒中調(diào)控果實朝向的Up基因的啟動子區(qū)域出現(xiàn)了8kb缺失，抑制了該基因的表達，這使得果實朝向從朝下變?yōu)槌?。茸毛辣椒中控制辣椒紅素合成的關(guān)鍵基因編碼區(qū)，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)座子插入而提前終止，使果色由紅變黃。

這些研究成果，為理解辣椒基因組的基因表達調(diào)控變化，提供了新視角。最后，科研人員完成了124份辣椒核心種質(zhì)的深度重測序，構(gòu)建了辣椒群體的單體型圖譜。發(fā)現(xiàn)了一年生辣椒中含有灌木辣椒的大量基因組漸滲片段，以及一年生辣椒群體內(nèi)單體型存在顯著分化。其中，較晚形成的甜椒類型，存在典型的種間漸滲和種內(nèi)單體型分化現(xiàn)象。如甜椒辣味缺失，與辣椒素合成調(diào)控基因Pun1位點所在單體型的逐步選擇和分化相關(guān)。這些單體型片段的漸滲和分化極大地豐富了一年生辣椒的遺傳和性狀變異。

據(jù)介紹，研究得到了蔬菜生物育種全國重點實驗室、國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程與基本科研業(yè)務(wù)費等項目的資助。研究成果對辣椒種質(zhì)資源創(chuàng)制、分子設(shè)計育種等具有重要指導價值。

編輯 張樹婧

校對 李立軍