辣椒种质资源代谢组学分析及其与果实颜色、形状和辣度的相关性研究

本研究针对辣椒种质资源多样性中果实颜色、形状和辣度等关键性状的代谢基础不明问题，通过LC-HR-MS技术对80份辣椒种质进行代谢组学分析，首次建立了次级代谢物与果形的关联，发现生物碱（尤其是6″,7″-二氢-5′,5′-二辣椒素）是影响辣度和形态的关键因子，同时揭示了类黄酮、酚酸与色泽的显著相关性。该研究为辣椒品质育种提供了重要分子标记，对种质创新具有指导意义。

　　

辣椒作为全球重要的调味作物，其丰富的种质资源展现出令人惊叹的多样性——从艳丽的红色到深邃的褐色，从圆润的球状到细长的线形，从温和的清甜到灼烧般的辣度。然而，这种表型差异背后的化学基础始终蒙着神秘面纱。传统研究多聚焦于单一性状，如仅分析类胡萝卜素与颜色的关系，或孤立研究辣椒素类物质与辣度的关联，导致种质资源评价体系存在严重碎片化。更关键的是，果实形状这一重要分类指标与代谢物的关系从未被系统揭示，严重制约了辣椒品质育种的精准性。

湖南省农业科学院植物保护研究所的研究团队通过液相色谱-高分辨串联质谱（LC-HR-MS）技术，对80份具有典型颜色（红、橙红、橙、棕）、形状（球椒、线椒、牛角椒、灯笼椒）和辣度（微辣、中辣、特辣）差异的辣椒种质进行了全面代谢组解析。研究首次构建了包含72种化合物的代谢物数据库，涵盖23种生物碱、7种类黄酮、16种酚酸、8种无环二萜和18种有机酸及脂质，通过正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等多元统计方法，揭示了代谢网络与表型性状的复杂关联。

关键技术包括：1）建立基于UPLC-QTOF-MS/UPLC-QQQ-MS²的代谢物鉴定体系；2）采用皇家园艺学会比色卡（RHSCC）和分光光度计量化颜色参数（Lab^*）；3）通过Scoville热单位（SHU）公式计算辣度；4）运用200次置换检验验证模型可靠性。

形状与代谢物的关系

通过OPLS-DA模型（R²Y=0.902，Q²=0.565）发现，灯笼椒富含生物碱（如N-阿魏酰腐胺、羟基辣椒素），其6″,7″-二氢-5′,5′-二辣椒素含量显著高于其他形状（VIP>9.95）。球椒则积累更多酚酸（如对香豆酸-4-O-半乳糖苷），而牛角椒特异性富集类黄酮（芹菜素-C-木糖苷）和capsianoside类二萜。

颜色代谢标志物

橙色辣椒富含吲哚丙烯酸（化合物10）和反式-N-阿魏酰腐胺（化合物9），红色辣椒以芦丁（化合物24）为特征，而棕椒则显著积累水杨酸-2-O-葡萄糖苷（化合物33）。值得注意的是，橙红色辣椒中辣椒素类物质浓度与辣度呈正相关（r=0.82）。

辣度调控网络

辣度与5种生物碱（如脱氧香草酰胺I/II）呈正相关，而与capsianoside I/II/III等二萜糖苷负相关。其中6″,7″-二氢-5′,5′-二辣椒素（化合物20）的浓度在特辣品种中可达微辣品种的16.5倍，成为最关键的辣度标志物。

该研究首次构建了辣椒多性状协同的代谢调控网络，发现生物碱在形状与辣度关联中起核心作用。例如CA51（软皮2307）作为红色微辣牛角椒，因其低辣椒素/高二萜的特征，兼具风味与抗虫性，被推荐为消费市场优选品种。这些发现不仅解决了种质评价中"重单性状、轻协同效应"的难题，更为分子设计育种提供了靶点库。未来通过整合多组学数据，有望解析代谢物影响表型的分子机制，推动辣椒品质育种进入精准调控新时代。论文发表于《Food Chemistry: X》。