综述：基因组闪耀：通过细胞器基因组编辑在辣椒叶绿体中可持续生产辣椒素类化合物

这篇综述系统探讨了利用CRISPR/Cas系统（含Prime Editor和Base Editor）编辑辣椒（Capsicum）叶绿体基因组以提升辣椒素类化合物（CAPs）和辣椒素酯类（CATs）产量的前沿进展。文章重点解析了细胞器工程在应对环境胁迫与提升植物次级代谢产物中的技术突破，为辣椒功能成分的可持续商业化生产提供了创新思路。

　　

Abstract

近年来，辣椒育种领域对富含辣椒素酯类（CATs）和辣椒素类化合物（CAPs）的优质亲本系需求激增。研究表明，每公顷辣椒产量及这些功能成分的积累显著受环境因素调控，而特定基因的表达是响应环境刺激的关键。新兴的叶绿体基因组编辑技术为精准调控代谢通路带来突破——通过碱基编辑（Base Editing）和Prime Editing技术靶向修饰辣椒细胞器DNA，可实现CAPs生物合成途径关键酶（如PAL、CS等）的高效表达。

技术革新

传统核基因组编辑面临嵌合体难题，而叶绿体工程凭借其多拷贝特性展现出独特优势：

1. CRISPR/Cas系统结合叶绿体同源重组技术，可定向强化苯丙烷代谢通路（Phenylpropanoid pathway）
2. 线粒体-叶绿体双靶向编辑系统显著提升capsaicin synthase（CS）的转录活性
3. 新型细胞器定位信号肽成功实现外源基因在质体中的稳定整合

挑战与机遇

尽管技术进展显著，叶绿体转化效率低（<0.1%）仍是主要瓶颈。最新研究发现，利用纳米载体递送RNP复合体可使编辑效率提升3-5倍。商业化生产还需解决：
• 叶绿体基因组重组导致的遗传不稳定性
• 田间条件下CAPs合成与光呼吸的平衡调控
• 符合GMP标准的细胞器规模化培养体系

CONFLICT OF INTEREST STATEMENT

作者声明无利益冲突。研究数据为后续开发抗逆高产辣椒品种提供了重要理论支撑，其技术路线亦可拓展至其他茄科作物的代谢工程应用。