辣椒CaMATE基因家族鉴定及CaMATE27调控辣椒素积累的功能解析

本研究针对辣椒素(CAP)运输积累机制不明的问题，通过全基因组鉴定辣椒多药和有毒化合物外排(MATE)基因家族，发现52个CaMATE基因具有药物/离子转运功能。研究人员结合生物信息学分析、表达谱验证及病毒诱导基因沉默(VIGS)技术，首次揭示CaMATE27通过调控胎盘组织辣椒素和二氢辣椒素(DhCAP)积累影响辣味形成，为辣椒品质改良提供新靶点。

　　

辣椒作为全球广泛种植的经济作物，其特有的辣味物质辣椒素(CAP)不仅是调味的关键成分，更具有镇痛、抗肿瘤和调节代谢等重要药用价值。然而，这种具有⁸-甲基⁶-壬烯酰胺结构的次级代谢物如何在辣椒果实中运输和积累，一直是植物代谢研究的未解之谜。近年来，多药和有毒化合物外排(Multidrug and Toxic Compound Extrusion, MATE)转运蛋白家族被发现在植物次级代谢产物转运中发挥关键作用，但该家族在辣椒素调控网络中的功能仍属空白。

广东省植物分子育种重点实验室的研究团队在《Plant Science》发表的研究，首次系统鉴定了辣椒CaMATE基因家族，并揭示其成员CaMATE27调控辣椒素积累的分子机制。研究人员采用BLASTP和HMMER搜索从辣椒基因组中筛选出52个含PF01554结构域的CaMATE基因，通过染色体定位、系统进化和启动子顺式元件分析揭示其功能多样性；结合RNA-seq和qRT-PCR技术锁定在胎盘中高表达的CaMATE27；最终利用病毒诱导基因沉默(VIGS)技术证实该基因对辣椒素和二氢辣椒素(DhCAP)积累的正调控作用。

主要技术方法
研究以高辣度辣椒品种'59自交系'为材料，通过生物信息学筛选获得CaMATE基因家族；采用SMART和InterProscan进行蛋白结构域验证；利用RNA-seq数据和qRT-PCR分析时空表达模式；构建VIGS载体进行基因功能验证；使用HPLC定量检测CAP和DhCAP含量变化。

研究结果

1. CaMATE基因家族鉴定与进化分析：52个CaMATE蛋白均含12个跨膜结构域(TMs)，系统进化分为4个亚家族，染色体定位显示串联重复事件驱动家族扩张。
2. 功能预测与调控网络：启动子分析发现大量激素(ABA、SA)和胁迫响应元件，GO注释显示主要参与药物/离子转运。
3. 组织特异性表达：RNA-seq显示CaMATE27在花后35天(35 DPA)胎盘组织表达量最高，较其他部位上调4-7倍。
4. 基因功能验证：VIGS沉默CaMATE27导致胎盘CAP含量降低42.7%，DhCAP减少38.9%，证实其转运功能。

结论与意义
该研究首次建立辣椒CaMATE基因家族的系统功能框架，揭示CaMATE27通过调控辣椒素类物质转运影响果实辣味形成。这不仅完善了植物MATE转运蛋白的生物学认知，更为分子设计育种提供了重要靶点——通过调控CaMATE27表达可能实现辣椒素含量的精准调控，这对提升辣椒药用价值和风味品质具有双重意义。研究还发现该家族成员可能响应ABA和SA信号通路，为解析植物防御反应与次生代谢偶联机制开辟了新视角。