综述：热抗性辣椒（Capsicum）的汇聚育种范式：生理学、基因组学与基因组编辑的协同

《Horticultural Plant Journal》：A Convergent Breeding Paradigm for Heat-Resilient Capsicum: Synergizing Physiology, Genomics and Genome Editing

　　

摘要：辣椒（Capsicum spp.）因与气候变化相关的日益加剧的热胁迫（HS）而面临严峻的产量和品质挑战。本综述综合了支撑耐热性的生理、生化及分子机制，建立了从胁迫感知到气候韧性品种开发的连贯路线图。研究人员首先描述了由高温（> 32 °C）诱导的表型瓶颈，包括萌发受损、光合作用受抑，尤其是生殖失败。在分子水平上，研究人员描述了一个以热激转录因子（如HSFA1a）和热激蛋白（HSPs）为核心的核心调控网络，该网络协调涉及抗氧化剂、渗透调节物质以及用于胁迫记忆的表观遗传修饰的下游响应。为将这种机制性知识应用于育种，研究人员强调了地方品种和野生近缘种中尚未开发的潜力，这些资源是耐热性自然遗传变异的宝贵库藏。最后，研究人员提出一个汇聚育种框架，该框架协同整合了基因组辅助选择、CRISPR（成簇规律间隔短回文重复序列）-Cas9介导的基因组编辑、细胞质雄性不育（CMS）和高通量表型分析，以加速耐热品种的开发。通过将基础研究与先进育种技术相衔接，本综述为保障辣椒生产免受全球变暖日益加剧的威胁提供了全面的蓝图。

1. 1.
   引言

辣椒（Capsicum spp.）属于茄科（Solanaceae），是全球产量最大的蔬菜作物之一，因其独特的风味、鲜艳的色泽、辛辣味和丰富的营养价值而备受重视。该属包含超过35个种，包括几个常见栽培种，如一年生辣椒（Capsicum annuum L.）、黄灯笼椒（C. chinense Jacq.）、浆果椒（C. baccatum L.）、灌木椒（C. frutescens L.）和绒毛椒（C. pubescens Ruiz and Pavon），其中C. annuum 产量最大。辣椒原产于中美洲和南美洲的热带和亚热带地区，天然适应温暖气候；然而，其最适生长温度范围介于20 °C和30 °C之间。

气候变化引起的温度升高对辣椒生产力构成严重威胁。即使略高于最适范围，也会对萌发、花粉育性、坐果及整体产量品质等关键生理过程产生不利影响。尤为值得关注的是生殖阶段：超过32 °C的温度可引发落花。在热旱复合胁迫下，总生物量可减少高达38.7%，辣椒产量在32.86 °C阈值时下降50%。开花期间，温度升高2 °C（34.86 °C）暴露10小时可使产量降低68.78%，而39 °C峰值持续10小时则使产量下降87.52%。这些损失凸显了开发耐热品种以保障全球生产的迫切需求。

耐热性是一个复杂的、受多基因控制的性状，受多种基因、转录因子、蛋白质和代谢物影响。尽管其广泛的机制主题与对其他非生物胁迫的响应有所重叠，但热耐受性在不同Capsicum 种或基因型间并不一致，且目前大部分证据来源于特定的C. annuum 遗传背景。因此，来自单个基因型的观察结果——以及从番茄、拟南芥或其他模式系统中得出的机制推断——在辣椒中得到验证之前，应谨慎解读。迄今为止，仅开发出数量有限的耐热辣椒品种，凸显了科学认知与育种应用之间的关键差距。

因此，本综述旨在：(i) 系统剖析热胁迫（HS）所破坏的生理和生化途径；(ii) 阐明支撑耐热性的关键遗传决定因素和信号网络；以及 (iii) 提出一个整合地方品种多样性、基因组选择（GS）和精准基因组编辑的汇聚育种框架。通过建立从分子认知到品种应用的连贯路线图，研究人员力求为加速开发气候韧性的辣椒品种提供实用指导。

本综述提出了一种用于热抗性Capsicum 的汇聚育种范式。该综述明确将生理损伤与驯化性状、生殖耐热性、激素与代谢调控、转录因子网络、新兴的表观遗传记忆以及诸如GS和基因组编辑等育种赋能工具整合到一个统一的转化框架中。通过将机制理解与育种应用相连接，本综述旨在不仅提供现有知识的总结，也为开发耐热辣椒提供可操作的路线图。

1. 2.
   热胁迫的生理和生化响应

2.1. 阈值温度与整株表现

温度是辣椒栽培成功的主要决定因素，大多数植物对超出其最适范围的高温表现出敏感性。然而，报道的热阈值并非绝对，可能随基因型、发育阶段、暴露持续时间和生长环境而有显著差异；此外，许多已发表的数据集来源于特定的C. annuum 遗传背景，因此跨Capsicum 种进行外推应谨慎。通常，辣椒生长的理想温度范围为白天25–28 °C，夜间18–22 °C。当温度超过32 °C时，常观察到生长迟缓和产量下降，尽管某些基因型能在略高的温度下维持生长或生殖功能。全球气温的持续升高加剧了作物生产面临的挑战。这些环境变化加剧了对蛋白质活性和膜脂的胁迫，损害叶绿体和线粒体中的酶功能，并损害细胞膜稳定性。此外，高温抑制根系生长、地上部鲜重、整体幼苗生长、株高、冠层温度降低和果实产量，热敏感品种在所有生长指标上均表现出更严重的下降，凸显了它们对热损伤的高度易感性，并增加了辣椒植株的叶片灼伤。在辣椒广泛种植的地区，复合胁迫通过降低光合作用、损害水分吸收和引起氧化损伤来扰乱植物生理，最终降低坐果和品质。例如，在热胁迫（HS）下生物量下降14%，干旱胁迫下下降21.5%，果实重量下降26.2%，当两种胁迫结合时影响最为严重。重要的是，干旱引起的水分亏缺和与灌溉相关的盐分常常与高温同时发生，并汇聚于共享的响应节点，如脱落酸（ABA）信号传导、气孔调节、渗透调节、膜稳定性和活性氧（ROS）解毒。因此，它们的影响通常是非加性的，而非简单累加。

2.2. 热胁迫下的光合与呼吸紊乱

光合作用是植物生长发育的基石过程，对植物适应性和产量具有级联效应。热胁迫（HS）可减少叶绿体色素，破坏色素-蛋白复合体，阻碍电子传递和酶活性，并干扰叶绿素生物合成。在HS下维持光合能力和整体代谢稳态对于维持Capsicum 植物的生长、发育以及最终生产力至关重要。辣椒作物，特别是甜椒，对HS敏感。因此，生产力下降与光系统I和II的减弱、质膜流动性降低、气孔导度下降以及叶绿素含量减少有关。同样，升高的地上部温度可破坏光合作用，对花芽、花朵和果实产生不利影响。高温还会增加呼吸速率，有时超过光合速率，导致生长和产量的净减少。相应地，叶绿素荧光、气体交换、叶绿素含量和冠层温度降低等性状被广泛用作营养期热响应的实用指标，尽管它们与生殖成功和最终产量的关系是间接的且依赖于基因型。

2.3. 生殖失败：花粉和雌蕊功能障碍

高温加速辣椒的物候发育，缩短生殖期，减少开花和坐果，抑制生物量积累，并导致严重减产。生殖耐热性，而非幼苗存活，是坐果的核心决定因素，也是耐热育种的关键目标性状。相比之下，幼苗期的热适应由脯氨酸积累、可溶性糖和抗氧化酶活性的变化驱动。热胁迫诱导生殖缺陷，包括花药过早开裂和辣椒种子发育异常。授粉后的生殖损伤，包括花粉萌发减少、花粉管伸长受损和花粉育性降低，源于小孢子内养分转运受限。这些发现可能为理解对各种环境胁迫（如高温）的适应性响应提供见解。研究控制果实表型的候选基因、信号通路和调控网络的作用可能揭示胁迫耐受性的机制，尽管这些位点对辣椒热韧性的具体贡献仍需直接实验验证。

2.4. 激素调节与渗透调节

高温可改变植物激素和钙相关信号成分的水平，包括ABA。外源褪黑素和硝普钠可减轻‘California Wonder’甜椒幼苗期的热损伤。受HS抑制的辣椒基因CaWAKL20 可被ABA和过氧化氢（H₂O<2）激活；CaWAKL20 沉默增强辣椒耐热性，而其在拟南芥中的过表达则降低耐热性。此外，茉莉酸酯增强抗氧化积累以缓解辣椒的HS。而且，乙烯、水杨酸（SA）和表油菜素内酯（EBR）的上调可缓解高温胁迫，从而增强植物的耐热性。同样，施用SA有助于抵消HS对光合作用的负面影响，最大限度地减少相关的产量损失。内源和外源植物激素在辣椒耐热性中都发挥着重要作用。由于热、旱和盐胁迫在ABA中心信号传导、气孔行为、渗透调节和ROS稳态方面高度趋同，激素调节应在复合胁迫框架内解读，而非视为严格的热特异性响应。植物激素也可能与WRKY40转录因子相互作用并激活它。例如，WRKY18、WRKY40和WRKY60等WRKY转录因子是调控植物胁迫响应的ABA、SA和JA介导信号通路的关键组分。具体而言，CaHSP60s 基因的过表达在降低ROS活性和增加酶活性方面发挥关键作用。

渗透调节物质通过在HS期间维持ROS与抗氧化剂之间的平衡来保护细胞机制。这些化合物分为三类：糖醇、铵化合物和氨基酸脯氨酸。它们在减轻细胞功能障碍、氧化损伤和HS效应方面起着至关重要的作用。积累渗透调节物质脯氨酸表明热胁迫驯化，也反映胁迫强度，需要与生殖生长指标结合评估；酶促和非酶促抗氧化剂维持ROS稳态，种子引发可提高抗氧化酶活性并保护光合色素；脯氨酸为高温暴露下的细胞扩张和生殖生长提供代谢能量。与渗透调节相关的减轻HS效应的生理机制和响应也受植物中几个关键因素的调控，包括激素调节和抗氧化剂积累。基因组学的最新进展——从CRISPR-Cas9编辑到多组学整合——正在推动抗逆品种的开发。

2.5. 细胞壁修饰与结构适应

除了激素信号，细胞壁的结构适应构成了前沿防线。植物细胞壁对保护有显著贡献，并为进一步生长和发育提供必要的灵活性。此外，初生细胞壁感知温度变化并启动耐热信号传导。事实上，HS改变了辣椒的结构性状，而在胁迫条件下积累的糖促进种子萌发、开花和光合作用，延缓衰老，并介导信号传导和转录调控以抵消热引发的结构变化。耐热辣椒品种积累高水平的黄酮类和酚酸，通过上调气孔导度和蒸腾作用在HS下维持光合能力，并且与敏感品种相比表现出显著更低的电解质渗漏；然而，上述生理测量受叶片年龄、采样时间和热处理条件的严重影响，需要与生长、产量和恢复相关指标联合评估。木质素为细胞提供刚性和强度，保护其免受机械损伤，并赋予高温胁迫耐受性。细胞损伤通常源于高ROS产生，这可改变膜稳定性。尽管可能被ROS损伤，SA刺激苯丙烷代谢途径，有助于这些细胞壁成分的合成。此外，辣椒中木质素生物合成基因（CCR1 和 CAD）、辣椒素途径基因（CS、AT3 和 COMT）及相关通路上调，导致木质素含量增加20.78%，辣椒素水平上升31.72%，可能增强耐热性。然而，直接将木质素或辣椒素相关通路与辣椒耐热性改善联系起来证据仍然有限，且一些支持性观察来源于其他物种或并非专门设计用于测试HS的研究。因此，这些关系应被视为有前景的假设，需要在Capsicum 中进行针对性验证。

这暗示辣椒素可能有助于提高辣椒抵抗高温的能力。升高的温度可能通过修改关键生物合成基因的表达来影响辣椒素产生，可能有助于辣椒适应HS。EjHSF1 触发EjHsp 和其他木质素相关基因的热诱导转录表达，而EjHsp 的反式激活因此赋予增强的耐冷性。相反，受低温处理抑制的EjHSF3 反式激活木质素生物合成基因，从而介导冷诱导的木质化。同时，低温处理（LTC）提高了植物组织中的木质素含量，但可能抑制枇杷果实在冷胁迫下的木质化。总之，这些跨系统观察有助于产生假设，但在转化为育种目标之前，仍需辣椒特异性的热验证。

2.6. 渗透保护与抗氧化防御机制

辣椒植物进化出了多种强大的生化防御机制来抵御和适应热胁迫。与辣椒耐热性的强基因型依赖性一致，耐受和敏感品系在抗氧化响应的幅度和时机上往往存在显著差异。在环境条件下对对比辣椒基因型的深入评估突出了这些差异。一般而言，耐热基因型倾向于表现出较低的超氧化物、丙二醛（MDA）和H₂O₂ 等氧化胁迫标志物的积累，而脯氨酸响应在不同研究中似乎不太一致，可能随基因型、胁迫强度和采样时间而变化。具体而言，编码超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化相关基因的上调有助于减轻ROS的破坏性影响。例如，在百合中，脯氨酸含量与其他抗氧化活性的协同效应可能增强耐热性。这种抗氧化能力有助于维持细胞完整性并减少热诱导损伤，从而支持植物生存和生产力。

HS促进不饱和脂肪酸的生成，导致不耐受基因型中MDA产生增加。这种氧化损伤特别影响生殖结构，导致畸形。在幼苗期，可使用生长参数、脂质过氧化水平、膜完整性、相容性溶质积累和抗氧化酶活性来评估耐热性。SOD和过氧化物酶（POD）等酶是可靠的指标。由于这些指标对胁迫强度、持续时间、发育阶段和采样时间高度敏感，跨研究比较应谨慎进行；主要表型分析测定及其解释价值见表2。例如，热敏感辣椒品种在HS下表现出显著升高的MDA含量和相对电导率（REC），表明脂质氧化损伤更大，膜稳定性受损。相比之下，耐热辣椒品种表现出显著更高的脯氨酸积累，这可能与MDA水平正相关，表明其具有更强的调节和减轻干旱胁迫不利影响的能力。此类结果也说明，不应孤立地解读单一生理指标，因为同一性状可能根据实验背景反映有效的驯化或更大的胁迫负担。

抗氧化防御系统中的关键酶（如POD）的活性最初响应干旱胁迫而激增，但随后随时间下降。有趣的是，与耐热品种相比，热敏感辣椒品种始终表现出较低水平的这些酶，特别是POD活性。这种差异酶响应突出了耐热辣椒品种优越的胁迫应对机制。高温胁迫下的渗透调节增强了植物的耐热性。此外，研究人员正在通过基因工程和靶向育种开发耐热水稻品种。然而，幼苗期抗氧化剂和膜测定适用于高通量筛选，但并不总能预测生殖耐热性或最终产量；因此，在育种计划中，理想情况下应将它们与花粉、花保留、坐果和基于产量的评估相结合。

1. 3.
   耐热性的分子调控网络：从感知到适应性响应

3.1. 耐热性的遗传和分子基础

遗传分析和DNA测序显著推进了我们对辣椒重要经济性状分子基础的理解。同时，传统育种方法和数量性状位点（QTL）定位为控制关键性状的遗传机制提供了宝贵见解。这些方法有助于阐明启动调控作物耐热性信号级联的HS传感器功能，以及热激转录因子控制热激响应基因表达的机制。例如，HS常导致根数量和根系质量下降，损害根系生长和养分吸收。特别是，根区HS与氮缺乏相结合导致生长和光合效率下降，酚类化合物升高，硝酸还原酶活性降低（尤其在35 °C时），以及甜椒幼苗中氮化合物积累增加。辣椒植物已发展出复杂的系统来对抗HS和其他环境挑战的破坏性影响，涉及转录调控和分子伴侣的精细平衡。然而，证据深度在各系统间并不均衡：虽然几个调控模块在辣椒中得到越来越多的支持，但许多上游信号关系仍是从番茄、拟南芥、水稻或其他模式植物推断而来。目前，以转录因子为中心的调控代表了辣椒耐热性在实验上最发达的分子框架，而表观遗传调控仍是一个新兴且相对未充分探索的前沿领域。

3.2. 热激转录因子（HSFs）和热激蛋白（HSPs）：核心调控因子

HSFs是辣椒耐热性的关键转录调控因子，管理HSPs和其他胁迫响应基因的表达。耐热品种表现出HSFA4（Capana07g001899）表达上调，而敏感基因型表达降低。有趣的是，在一些CaHSP70s中发现了高度保守的钙调蛋白（CaM）结合位点序列。因此，推测CaHSP70s可能参与钙信号转导。据报道，Ca²⁺ 和钙调蛋白参与拟南芥的热激响应。HSFs与抗氧化系统相互作用以减轻氧化损伤，尽管ROS清除能力在根和叶之间可能有所不同。这些发现凸显了HSFs作为耐热性核心角色的地位，整合了遗传、生化和生理对HS的响应。表达ZmHSFA2 或ZmHSFB2b 的玉米品系在热旱复合胁迫下表现出改善的光合性能和产量稳定性。这些研究表明，HSFs代表了开发具有广谱胁迫耐受性作物的宝贵遗传靶标。重要的是，HSF/HSP诱导的幅度和时机似乎强烈依赖于基因型、组织和胁迫持续时间，这可能部分解释了研究间的不一致性。

与辣椒耐热性相关的分子标记和基因，包括关键转录因子，已被鉴定。这些包括脱水响应元件结合蛋白（DREB）、HSF和WRKY家族成员。这些因子也参与抗氧化剂、渗透调节物质和热激蛋白的生物合成。热激蛋白在两个基因型中均上调，敏感型S590中的表达高于耐受型R597，而转录因子和激素信号基因在耐受型R597中表达更高。有趣的是，包括HSPs在内的胁迫响应基因的上调通过维持细胞稳态和在高温胁迫下保护关键生理过程来增强辣椒的耐热性。为便于转化解读，代表性调控因子被组织在基因-通路-表型-产量框架中，突出分子扰动如何在HS下最终影响生殖表现和农艺产出。

3.2.1. HSFs作为主转录调控因子

在HSP/HSF网络中，HSFA1 在拟南芥和番茄中被广泛认为是上游主调控因子，激活下游组分如HSFA2、HSFA3 和HSFA7，以及热响应程序中与DREB2A 相关的分支。特别是HSFA2，与持续热响应和胁迫记忆密切相关。在拟南芥中，HSFB1 和HSF2b 作为热激响应的负调控因子，说明HSF网络也包含反馈抑制模块。来自番茄的证据进一步支持了这一层级在茄科中的重要性，因为HSFA1a 对获得性耐热性至关重要，并在HS下强烈诱导。然而，这些调控关系尚不应假定在辣椒中以相同方式运作，因为HSFA1 中心层级在Capsicum 中的直接功能验证仍然有限。

3.2.2. HSPs在耐热性中的功能作用

热激蛋白按分子量分为六个主要家族：小热激蛋白（sHSPs）、Hsp40、Hsp60、Hsp70、Hsp90和Hsp100。HSPs作为分子伴侣，保护蛋白质在胁迫下免于聚集和降解。此外，生物信息学分析鉴定出16个推定的辣椒HSP60 基因，其中大多数聚为Group I（50%），其次是Group III（31%）和Group II（19%）。此外，响应HS，大多数茄子Hsf 和Hsp 基因表达更高，在耐热品系中效应最强。

标记辅助分析和表达研究支持Hsp 基因对辣椒热响应的贡献，热处理持续诱导Hsp 转录本。热暴露后Hsp 基因表达显示显著上调。同样，在耐热R9品系和热敏感B6品系中观察到CaHSP60 基因响应不同温度胁迫刺激的相对表达，热处理后CaHSP60 转录本数量增加了93%。新兴的遗传工具最终可能实现对辣椒HSP网络更精确的功能解析，但单个HSP靶标的直接育种应用仍需验证多效性效应、基因型依赖性和生殖期益处。

3.3. 协调热响应的关键转录因子

在辣椒中，转录因子介导的调控目前构成了耐热性得到最充分支持的分子层面，将胁迫感知与抗氧化防御、渗透调节、生殖保护以及最终在热下的产量稳定性联系起来。

3.3.1. WRKY介导的免疫-耐受权衡

WRKY转录因子构成植物转录调控因子中的一个大家族。CaWRKY6 在Capsicum 的WRKY6亚组IIb中被激活，通过结合CaWRKY40 的启动子区域。在辣椒中，WRKY介导的调控尤为重要，因为它处于耐热性、激素信号传导和免疫的界面。CaWRKY40 已被认为是胁迫响应转录重编程的中心枢纽，而CaNHL 家族等防御相关基因进一步表明升高的温度可能通过共享调控因子重塑免疫输出。CaHsfB2a 是一个整合辣椒免疫和耐热性的双功能转录调控因子。它由生物（RSI）、非生物（HTHH）和激素（SA、MeJA、ETH、ABA）信号诱导。CaHsfB2a 直接激活CaWRKY6 和CaWRKY40，而自身又受CaWRKY40 直接调控——形成一个正反馈回路。该级联驱动HR样细胞死亡、ROS积累以及防御（CaHIR1、CaNPR1、CaABR1）和热激（CaHSP24）基因的表达，从而协调这些细胞事件。根据先前研究，受ABA调控的CaWRKY12 和CaWRKY37 基因在成熟阶段的变化可能在缓解HS和增强耐热性方面发挥作用。确实，WRKY10、WRKY13 和WRKY15 在辣椒耐冷性中上调并发挥重要作用。此外，CaWRKY20 负调控辣椒中的Colletotrichum scovillei，并可能正向促进HS耐受性。然而，在番茄中，该基因的直系同源物已被证明会增加对HS的脆弱性，凸显了潜在物种特异性的功能分化。这种对比进一步强调，WRKY功能应被解读为茄科内依赖于上下文的。

3.3.2. 耐热性与植物免疫之间的串扰

在辣椒中，耐热性和免疫性日益被认为是相互关联的程序。升高的温度可通过涉及ROS稳态、膜稳定性、蛋白质质量控制和激素串扰的共享调控枢纽重塑防御输出。重要的是，热对免疫的影响并非一致抑制，而取决于病原体、宿主基因型、发育阶段和胁迫顺序。

辣椒特异性证据支持这种重叠。CaChiVI2 同时促进耐热性和病原体防御，因为其沉默影响Phytophthora capsici 感染期间热响应和防御相关基因的表达。CaNHL 家族的成员似乎也连接非生物和生物胁迫信号传导，其中CaNHL6 表现出对热和ABA的强烈诱导，而CaNHL4 沉默增加病原体易感性。此外，CaWRKY40 受Ralstonia solanacearum 感染诱导，功能研究表明它将细菌防御与热响应转录调控联系起来。总之，这些发现表明辣椒中的耐热性和免疫性共享部分重叠的调控机制。然而，这种串扰的因果层级和育种相关性仍需跨基因型和现实复合胁迫条件进行验证。

3.3.3. MYB指导的次生代谢

MYB家族代表一大群对调控植物发育和生理过程至关重要的转录因子。值得注意的是，CaMYB相关调控因子似乎主要通过次生代谢、抗氧化能力和保护性细胞壁相关途径影响耐热性。CaMYB 的过表达诱导飞燕草素和花青素的积累，并上调果实中花青素生物合成结构基因的表达。CaMYB5 在辣椒果实基因表达水平上显著促进辣椒素类生物合成和花青素产生。这一机制可能在高温胁迫下增强耐热性。有趣的是，CcMYB330 过表达增强辣椒素类生物合成，导致其在辣椒果皮和胎座中更高积累——即使在非生物胁迫下也是如此。CaMYB31 和Pun1 也可能促进辣椒素类生物合成和花青素积累，可能赋予辣椒植物耐热性。

某些MYB蛋白激活苯丙烷生物合成。苯丙烷生物合成始于由苯丙氨酸解氨酶（PAL）催化的第一个承诺步骤。该途径是植物防御的基础，驱动黄酮类和木质素等关键次生代谢物的生物合成。此外，PAL活性与CaMYB93正相关，CaMYB93是一种增强植物胁迫耐受性的特定MYB转录因子。这些转录因子可作为作物胁迫耐受性的正或负调控因子。此外，MYB转录因子控制黄酮类生物合成，这是植物胁迫适应和防御的关键机制。这在茶树中尤为明显，MYBs在抗旱性中发挥关键作用。类似机制可能在辣椒植物中起作用。然而，许多CaMYB 成员在辣椒耐热性中的具体作用仍需进一步功能分析。

3.3.4. DREB2A：整合热和干旱信号的枢纽

DREB2A 整合ABA依赖和Ca²⁺ 依赖途径，直接激活RD29A 等下

游基因。CRISPR敲除品系显示获得性耐热性丧失60%，验证了其枢纽作用。DREB2A 是增强高温胁迫耐受性的转录因子中的关键元件之一。例如，在拟南芥中，DREB2A 结合脱水响应元件（DRE/CRT）的顺式作用元件，但需要精确的翻译后调控，因为DREB2A 的过量表达可能有害。磷酸化事件有助于管理过量产生并稳定该转录因子，使植物能够应对热和干旱等胁迫。此外，DREB2A 是一个ABA响应基因，类似于ABA响应元件结合因子（AREB）和HsfA3。在高温胁迫下，CaWAKL20 转基因拟南芥表现出存活率的显著提高。在拟南芥中，当TaMYB80 过表达时ABA水平上升。此外，外源ABA施用后，小麦幼苗中TaMYB80 表达显著增加。TaMYB80 过表达增强了耐热性，HS后TaMYB80 过表达幼苗的存活率显著高于野生型（WT）。这表明参与激素调控（包括ABA信号传导）的MYB 基因也可能通过ABA介导的响应基因参与DREB2A 的激活，并且钙离子与ABA激素信号传导在植物耐热性和气候变化适应中相关。这些发现支持DREB2A 作为辣椒热旱复合耐受性的强候选枢纽，但在Capsicum 中的直接功能丧失验证和生殖期表型分析仍属必要。

3.4. 功能基因网络与信号通路

WRKY转录因子与钙离子（Ca²⁺）相互作用，促进细胞内钙水平升高，放大钙介导的信号——这一机制帮助植物适应和抵御恶劣气候。ROS也参与植物对高温胁迫的响应。虽然适度的ROS水平作为信号分子激活胁迫响应途径（包括WRKY转录因子调控的途径），但过量的ROS可造成氧化损伤。因此，Ca²⁺ 信号传导与ROS调节之间的相互作用确保了针对环境胁迫因子的有效防御机制。同样，钙依赖激酶（CDPKs）和钙调蛋白（CaM）是植物钙信号传导的关键组分。当胁迫下胞质Ca²⁺ 水平升高时，CDPKs和CaM被激活，触发下游基因响应。这种激活进一步放大钙信号传导并启动MAPK级联，有助于胁迫适应，包括对冷和HS的响应。例如，在水稻中，MAPK级联调节胁迫响应基因的表达，通过涉及OsMRSMK2 等调控因子的机制促进冷热耐受性。MAPK级联包含涉及MAPKKK、MAPKK和MAPK的顺序磷酸化中继，通常受调节胁迫响应基因表达的WRKY转录因子调控。因此，MAPK作为信号转导途径的核心元件，整合钙介导信号和WRKY依赖的转录调控，以增强植物在极端温度下的生存能力。此外，CaM在Ca²⁺ 感知和调节JAV1-JAZ8-WRKY51等复合物磷酸化方面发挥双重作用，这对拟南芥的损伤响应至关重要。这一机制凸显了Ca²⁺ 介导信号传导如何与茉莉酸酯（JA）途径整合以协调胁迫适应。在大豆中，GmWRKY54 通过与ABA受体和激酶相互作用控制胁迫响应基因表达，从而促进抗旱性。这种相互作用激活ABA依赖信号传导并放大Ca²⁺ 信号通路，增强植物应对水分短缺的能力。总之，Ca²⁺ 流、ROS信号传导、CDPK/CaM模块、MAPK级联以及HSF、WRKY和DREB等转录因子家族形成了一个相互连接的调控网络，将热感知与抗氧化防御、渗透调节、生殖保护和产量维持联系起来。由于其中几个模块也受干旱和盐分激活，复合胁迫的分子响应是网络特异性的。

3.5. 热胁迫适应和记忆中的表观遗传机制

与转录因子介导的调控相比，辣椒耐热性的表观遗传控制在实验上仍远未发展成熟。尽管如此，来自其他作物的证据表明，胁迫记忆可通过DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑编码，从而使植物能够对反复出现的热事件作出更快速或更稳健的响应。对于辣椒育种，有前景的方向包括鉴定与稳定花粉育性、坐果或产量保持相关的热诱导差异甲基化区域（DMRs）；测试此类标记是否跨发育阶段或世代持续存在；以及评估亲本在生殖期的热引发是否能赋予跨代耐热性。例如，在拟南芥种子中，69%的差异甲基化基因可能参与萌发过程。这些结果表明，通过萌发相关基因的去甲基化，种子中的HS响应受到部分控制。从长远来看，基于dCas9的靶向表观基因组编辑可能为验证因果染色质状态提供途径，尽管这在技术上仍具挑战性，且尚未在辣椒育种中建立。

3.5.1. DNA甲基化动态

DNA甲基化是参与HS适应的关键表观遗传机制。热响应通常涉及位点特异性的低甲基化或高甲基化，从而允许胁迫响应基因的灵活调控。此外，热敏感的甘蓝型油菜表现出DNA甲基化水平增加，表明对HS的动态响应。拟南芥中热触发的DNA去甲基化与代际胁迫记忆相关，转座子富集的差异甲基化区域发挥关键作用。这种改变通过RNA剪接途径控制基因表达，增强耐热性并建立胁迫的代际记忆，从而提高存活率。这种表观遗传可塑性允许植物适应所需的快速响应。辣椒中的可比证据仍然稀缺。在Capsicum 中的实际下一步是比较对比耐热和热敏感基因型在胁迫前后的甲基化组，鉴定与生殖韧性相关的DMRs，并评估这些位点是否可作为育种群体中的候选表观遗传标记。

3.5.2. 组蛋白修饰与染色质重塑

组蛋白修饰重塑染色质以调节基因表达并在植物中建立热胁迫记忆。Jin等人（2024）证明HSFA2促进热记忆基因上H3K4me3和H3K4me2的沉积。这些标记在HSFA2解离后持续存在，允许基因在后续热暴露时快速重新激活。此外，记忆基因表达的维持需要持续的HSFA2活性和稳定的H3K4甲基化；胁迫相关的表观遗传变化贯穿植物发育全过程。在拟南芥中，Jumonji-C结构域酶对热激基因上的抑制性H3K27me3标记进行去甲基化，而GCN5催化的组蛋白乙酰化增强耐热性相关基因的转录。尽管这些机制在辣椒中仍鲜有表征，但表观遗传标记为培育耐热品种提供了有前景的靶标。

一个可检验的假设是，亲本生殖期的热引发可能诱导控制ROS稳态、花粉发育或激素信号传导的位点产生可遗传的表观遗传状态，从而在反复热事件下改善后代的耐热性。实际后续步骤包括使用甲基化组分析比较热引发和未引发的亲本品系，以鉴定与稳定生殖表现相关的差异甲基化区域，并评估这些位点作为分离群体中候选表观遗传标记的价值。

1. 4.
   挖掘遗传宝库：地方品种和野生近缘种的热适应机制

4.1. 地方品种和野生近缘种作为遗传多样性库

基于前述遗传框架，利用自然遗传变异对于增强耐热性至关重要。表型可塑性使作物能够调整果实发育、叶片形态和花结构等性状。然而，表型可塑性不应直接等同于可遗传的耐热性，因为环境诱导的响应可能不会在世代间或跨生产环境中保持稳定。因此，对于育种而言，区分瞬时驯化与可遗传传递的热韧性至关重要。这些遗传机制，包括显性抑制效应、微效性状和隐性性状，使辣椒能够在不同条件下优化生长和繁殖，增强其生态和农业耐热性。野生Capsicum 种和本地适应的地方品种代表了宝贵的资源，因为它们可能携带与热回避、生殖稳定性、膜保护和氧化胁迫管理相关的等位基因，而这些等位基因在驯化过程中可能已变窄。在所评估的番茄种质中，果实、花朵和营养性状存在相当大的遗传多样性，这可能与耐热性有关。从这个角度看，利用这种固有适应性来推进高温耐受性是必不可少的。胎座表达的DnaJ 基因可能增强植物对非生物胁迫的响应，特别是涉及辛辣相关化学物质的合成。这些观察表明，地方品种和野生近缘种可能不仅贡献可见的适应性表型，还贡献与耐热性相关的代谢和调控性状；然而，单个候选位点的因果贡献仍需在辣椒热胁迫系统中直接验证。

这些基因有助于初步识别辣椒的耐热机制。几个分子标记影响与热韧性相关的遗传组成。基于SSR和阵列平台的标记开发在下一代测序（NGS）技术出现之前是不可想象的，NGS提供了新型SNP基因分型平台，特别是基因分型测序（GBS）。这些标记技术改变了标记应用的格局，并使基因组选择（GS）成为模式和非模式作物物种改良的常规实践，以及选择产量和耐热性等特定品质。在实际育种中，这些资源的价值取决于有利等位基因能否通过稳健标记被追踪，并在无不可接受的连锁累赘或农艺性能损失的情况下被渐渗。