我国科学家揭示辣椒演化的秘密

 朝天椒的果实为何向上生长？甜椒本来就没有辣味儿吗？近日，一项新的研究，解开了辣椒演化的秘密，揭示了从野生种到现代栽培种变化的过程中，导致辣椒性状分化的数次重要变化。该研究由中国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜分子设计育种创新团队和茄科蔬菜育种创新团队完成，成果发表在《自然植物（Nature Plants）》上。

辣椒是我国播种面积和产值最大的蔬菜作物之一。辣椒属包含30多个种，包括5个栽培种和众多野生种，遗传多样性丰富，但演化路线尚不明确。

该研究中，科研人员利用新型测序技术，完成了11个辣椒基因组的高质量组装，这些材料包括了一年生辣椒、灌木辣椒、中国辣椒、下垂辣椒、茸毛辣椒全部5个栽培种，以及起源于美洲安第斯山脉区域的约1200万年前分化的远缘野生种C. rhomboideum等5个野生种材料。其中C. rhomboideum基因组最小，约为其他辣椒基因组的一半。

通过系统发育分析，发现C. rhomboideum作为安第斯类群野生辣椒的代表，最早出现分化现象，其次是茸毛辣椒，其他辣椒分为两个主要分支。基于进化关系和基因组共线性，重建了辣椒属的祖先核型。明确了辣椒属祖先具有12对染色体，C. rhomboideum的13对染色体是由12对染色体重排而来，回答了关于辣椒祖先染色体数目的争议。而通过比较染色体三维区室，科研人员发现，染色体重排事件引起了三维区室的转变，这揭示了染色体重排和三维结构变化间的联系。

研究发现，不同辣椒基因组中的转座子爆发事件存在明显差异。这些转座子插入事件带来了大量的基因组间结构变异。其中，中国辣椒中调控果实朝向的Up基因的启动子区域出现了8kb缺失，抑制了该基因的表达，这使得果实朝向从朝下变为朝上。茸毛辣椒中控制辣椒红素合成的关键基因编码区，出现了转座子插入而提前终止，使果色由红变黄。

这些研究成果，为理解辣椒基因组的基因表达调控变化，提供了新视角。最后，科研人员完成了124份辣椒核心种质的深度重测序，构建了辣椒群体的单体型图谱。发现了一年生辣椒中含有灌木辣椒的大量基因组渐渗片段，以及一年生辣椒群体内单体型存在显著分化。其中，较晚形成的甜椒类型，存在典型的种间渐渗和种内单体型分化现象。如甜椒辣味缺失，与辣椒素合成调控基因Pun1位点所在单体型的逐步选择和分化相关。这些单体型片段的渐渗和分化极大地丰富了一年生辣椒的遗传和性状变异。

据介绍，研究得到了蔬菜生物育种全国重点实验室、国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国农业科学院科技创新工程与基本科研业务费等项目的资助。研究成果对辣椒种质资源创制、分子设计育种等具有重要指导价值。