四种栽培辣椒中辣椒素和抗坏血酸生物合成的调控网络解析：基于代谢组与转录组的整合分析

为解决辣椒(Capsicum)中辣椒素类物质(capsaicinoids)和抗坏血酸(AsA)合成调控机制不明的问题，研究人员通过代谢组学和转录组学分析16个辣椒品系，发现PI656296的AsA含量最高，PI281435和PI195301的辣椒素含量最高。通过WGCNA鉴定出21个基因模块，其中蓝色模块与辣椒素合成正相关，青绿色模块与AsA合成相关，并筛选出WRKY、MYB、ERF和bHLH等转录因子家族候选调控基因。该研究为辣椒品质改良提供了重要分子靶点。

　　

辣椒作为全球广泛种植的重要经济作物，其独特的辛辣风味主要来自辣椒素类物质(capsaicinoids)，而高含量的抗坏血酸(ascorbic acid, AsA)则赋予其突出的营养价值。尽管辣椒素和AsA的生物合成途径已被初步阐明，但不同栽培种间的代谢差异及其调控网络仍不清楚。特别是在四种主要栽培辣椒(C. annuum、C. baccatum、C. chinense和C. frutescens)中，决定辣椒素和AsA积累的关键基因及其调控机制亟待解析。这项发表在《Horticultural Plant Journal》的研究通过整合代谢组学和转录组学分析，系统揭示了调控这两种重要代谢物合成的分子网络。

研究采用来自美国国家植物种质资源系统(NPGS)的16个辣椒品系，包括7个C. annuum、3个C. baccatum、3个C. chinense和3个C. frutescens。关键技术包括：基于SNP标记的进化树构建；UPLC-MS/MS代谢组分析检测1611种代谢物；RNA-seq转录组测序获得337.06Gb清洁数据；加权基因共表达网络分析(WGCNA)鉴定共表达模块；通过HPLC定量辣椒素和AsA含量。

系统发育分析基于1,827,591个SNP将16个品系分为四类，显示C. frutescens和C. chinense亲缘关系最近，与C. baccatum的遗传距离小于与C. annuum的距离。代谢组分析发现PI656296(C. annuum)的AsA含量最高，而PI281435(C. chinense)和PI195301(C. frutescens)的辣椒素和二氢辣椒素含量最高。差异代谢物分析显示C. frutescens富含三十烷酸、L-酪胺等物质，C. annuum则富含槲皮素衍生物等次生代谢物。

转录组分析鉴定出32,549个差异表达基因(DEGs)，WGCNA将其划分为21个模块。其中蓝色模块(2,118基因)与辣椒素含量呈强正相关，富集于脂肪酸代谢、TCA循环等通路；青绿色和绿松石模块分别与AsA含量相关。在蓝色模块中发现18个辣椒素合成关键基因，包括KasI、pAMT、CoMT等，以及107个转录因子，其中WRKY9/15/70/71、MYB14/108、ERF003/113/039-like和bHLH35/49/27与结构基因高度共表达。绿松石模块包含7个AsA合成途径基因(GMP、PMI2、GalDH等)和103个转录因子，MAMYB、ERF017-like和bHLH47-like等与AsA积累显著相关。

该研究构建了辣椒素和AsA合成的基因调控网络模型，首次在四种栽培辣椒中系统比较了这两种重要代谢物的积累模式及其分子基础。发现的候选转录因子为通过分子育种提高辣椒营养价值和风味品质提供了新靶点。特别是鉴定出的MYB、WRKY等转录因子家族成员，可能通过调控苯丙烷途径和L-半乳糖途径关键酶基因的表达，决定不同辣椒品种的代谢特征。这些发现不仅丰富了植物次生代谢调控的理论知识，也为辣椒品质改良提供了分子标记和基因资源。