辣椒素合成关键基因Pun1与Pun3的等位基因互作机制解析及其在种间杂交育种中的应用

本研究针对辣椒种间杂交后代 pungency（辣味）性状不稳定的难题，通过分析Capsicum annuum与Capsicum chinense杂交群体中Pun1和Pun3基因的等位基因互作关系，发现C. chinense来源的Pun1HB和Pun3HB等位基因组合可显著提升capsaicinoid（辣椒素类物质）积累。研究首次鉴定出Pun1启动子区MYB结合顺式元件1（AAACCA/AAATCA）的自然变异与辣度显著相关，为高辣度C. annuum品种的分子标记辅助育种提供了关键靶点。

　　

辣椒作为全球广泛种植的香辛料作物，其特有的辣味主要来源于辣椒果实中合成的辣椒素类物质（capsaicinoids）。随着市场对不同辣度辣椒品种需求的增长，通过育种手段精准调控辣椒素合成已成为产业重要课题。然而，辣椒素合成受到多基因调控且易受环境影响，特别是在利用极端高辣度物种（如Capsicum chinense）与主栽品种Capsicum annuum进行种间杂交时，后代往往出现辣度不稳定、杂种不育等问题，严重制约了高辣度品种的选育效率。

为解析种间杂交中辣度性状的遗传调控机制，首尔国立大学Sanghyun Ahn等人通过构建C. annuum ‘TF68’与C. chinense ‘Habanero’的重组自交系群体（TH RILs），结合高分辨率熔解曲线（HRM）基因分型技术和高效液相色谱（HPLC）辣椒素定量分析，系统研究了capsaicinoid生物合成关键基因Pun1（编码辣椒素合酶）和Pun3（编码转录因子CaMYB31）的等位基因互作效应。研究发现，同时携带C. chinense来源Pun1^HB和Pun3^HB等位基因的株系表现出最高辣椒素积累量，表明Pun1的功能效应强烈依赖于与Pun3的等位基因互作。

研究进一步通过对核心种质资源的测序分析，首次在Pun1启动子区的MYB结合顺式元件1（cis-element 1）中发现自然变异（AAACCA/AAATCA）。在C. chinense种质中，携带AAATCA变异的accessions（种质资源）辣椒素含量显著高于AAACCA型，该变异可能影响CaMYB31转录激活因子与启动子的结合效率。为了验证早期分离世代中的等位基因效应，团队另构建了C. annuum ‘TH35-5’与C. chinense ‘Jolokia’的杂交群体（TJ群体），尽管受到单性结实和育性问题的干扰，仍观察到Pun1^JOPun3^JO基因型个体具有最高平均辣椒素含量，但群体内存在显著变异，反映了种间杂交早期世代中复杂的杂种优势和上位性互作。

本研究主要采用以下关键技术方法：1）利用TH RILs（重组自交系）和TJ种间杂交群体作为遗传材料；2）通过HRM（高分辨率熔解曲线）标记进行Pun1和Pun3基因分型；3）采用HPLC（高效液相色谱）精确测定胎盘组织中的capsaicin和dihydrocapsaicin含量；4）对核心种质资源的Pun1启动子区进行Sanger测序；5）基于BLUP（最佳线性无偏预测）模型进行多环境表型数据分析。

3.1. TH RIL群体中辣椒素含量与Pun1和Pun3基因型的关联

通过HRM基因分型将RIL群体划分为不同等位基因组合类型，发现Pun1^HBPun3^HB纯合型个体的辣椒素和二氢辣椒素含量显著高于其他组合，证明C. chinense来源的等位基因对辣度性状具有协同增效作用。

3.2. Pun1和Pun3转录调控元件的亲本变异分析

在TF68和Habanero亲本中鉴定出Pun1启动子区MYB结合顺式元件1的SNP变异（AAACCA→AAATCA），以及Pun3启动子区W-box元件的66-bp缺失，这些变异可能影响转录因子结合效率。

3.3. Pun1顺式元件1变异与辣椒素含量的关联性

在13份C. chinense核心种质中，7份携带AAATCA变异的种质辣椒素含量显著高于6份AAACCA型种质，表明该启动子变异与辣度表型相关。

3.4. 种间杂交早期分离世代的基因型效应

TJ F₂和F₃群体中，Pun1^JOPun3^JO基因型个体虽呈现最髙平均辣度，但群体内变异显著，反映岀复杂遗传背景对性状表达的干扰。

研究结论表明，C. chinense来源的Pun1和Pun3等位基因通过互作效应显著增强辣椒素合成，其中Pun1启动子区顺式元件的自然变异为辣度育种提供了新型分子标记。讨论部分强调，尽管种间杂交早期世代存在遗传不稳定性和表型变异，但基于Pun1和Pun3等位基因的特异性标记辅助选择（MAS）能够有效克服环境变异和杂种优势干扰，加速高辣度C. annuum品种的选育进程。该研究不仅深化了对辣椒素合成转录调控网络的理解，也为辣椒分子设计育种提供了实践依据。