多組學(xué)研究揭示辣椒支鏈酯類及辣椒素合成調(diào)控機(jī)制
近日，我所茄果類蔬菜資源與育種團(tuán)隊(duì)聯(lián)合基因中心作物品質(zhì)控制與多組學(xué)技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Food Research International(IF-7.425, 中科院一區(qū)TOP)發(fā)表題目為“Integrated transcriptomic and metabolomic analysis of chili pepper fruits provides new insight into the regulation of the branched chain esters and capsaicin biosynthesis”的研究論文。該研究通過GC-MS及多組學(xué)結(jié)合分析了辣椒果實(shí)中支鏈酯類和辣椒素的合成調(diào)控機(jī)制。我所衡周博士、徐小萬(wàn)研究員為論文共同第一作者，基因中心晏石娟研究員、我所李濤副研究員為共同通訊作者。
香氣是辣椒的重要品質(zhì)性狀，消費(fèi)者普遍反映果蔬沒有以前的“味”了，主要是由于香氣物質(zhì)缺乏造成的。支鏈酯類是形成辣椒果香的主要物質(zhì)，能極大豐富辣椒的味覺層次，提高商品性。辣椒素是辣椒獨(dú)有的次生代謝物，不僅能提供辣味，同時(shí)具有抗衰老、免疫調(diào)節(jié)及抗癌等功效。以上兩種成分具有部分重合的合成通路。因此，系統(tǒng)探究辣椒果實(shí)中支鏈酯類和辣椒素代謝調(diào)控機(jī)制意義重大。
為深入研究辣椒支鏈酯類及辣椒素合成調(diào)控機(jī)制，該研究以一份具濃郁果香的辣椒自交系CC和一份不具果香的辣椒自交系TJ為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使用GC-MS、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)對(duì)兩份自交系不同發(fā)育時(shí)期的果實(shí)進(jìn)行了分析。驗(yàn)證了前期研究提出的辣椒果實(shí)支鏈酯類物質(zhì)合成高峰在果實(shí)完熟之前的觀點(diǎn)。對(duì)代謝組數(shù)據(jù)的加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析(WGCNA)發(fā)現(xiàn)，兩份自交系的果實(shí)中，辣椒素含量與支鏈酯類含量顯著正相關(guān)。對(duì)轉(zhuǎn)錄組的WGCNA發(fā)現(xiàn)，位于二者合成通路重合部分的IMPS4及DADH1的表達(dá)與其含量顯著正相關(guān)。
本研究從分子層面闡釋了辣椒香氣物質(zhì)和辣椒素含量的協(xié)同調(diào)控機(jī)理，對(duì)高品質(zhì)辣椒育種具有指導(dǎo)意義。
相關(guān)研究在國(guó)家自然科學(xué)基金(32072598)、廣東省自然科學(xué)基金（2020A1515011330，2021A1515012132, 2020A1515410005）、廣東省對(duì)外合作項(xiàng)目（2018A050506052）、貴州省自然科學(xué)和技術(shù)基金（黔科[2018]1184）、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)基金（201812）廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2021KJ110，2021KJ106）、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院項(xiàng)目（R2020PY-JX003）等項(xiàng)目的共同資助下完成。
▲圖1.具果香辣椒自交系CC和不具果香辣椒自交系TJ果實(shí)發(fā)育各時(shí)期外觀
▲圖2.辣椒果實(shí)中支鏈酯類及辣椒素合成通路中代謝物相對(duì)含量及合成基因相對(duì)表達(dá)量