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。■我國科學報實習生 魯曉航 記者 李晨。
沉甸甸的果實一般朝下長，艷麗的辣椒為什么“朝天”長？辣椒為什么走上了一條異乎尋常的進化路途？科學家以為，弄清楚辣椒演化中的這些隱秘，有助于推進辣椒品種的改進。
我國農業科學院蔬菜花卉研討所（以下簡稱蔬菜所）研討團隊構建了野生辣椒和培養辣椒的高質量基因組，解析了辣椒的染色體核型、基因表達調控元件等的演化特征，提示了轉座子驅動的結構變異和高頻漸滲事情對辣椒重要性狀構成的奉獻。相關研討近來以封面文章方式發表于《天然-植物》。
“基因組學驅動的新發現，關于推進辣椒前沿科學研討和育種實踐具有重要價值。”我國工程院院士、湖南農業大校園長鄒校園說，該研討為了解辣椒基因組的基因表達調控改變供給了新視角，對辣椒種質資源創制、分子規劃育種等具有重要輔導價值。
。辣椒的使用根底研討相對單薄。
辣椒在國際上廣泛培養，作為重要調味品，具有工業價值。
論文一起通訊作者、蔬菜所研討員王立浩告知《我國科學報》，我國每年辣椒耕種面積約133.3萬公頃，居國內各類蔬菜培養面積首位，占國際耕種面積的40%左右。此外，我國也是國際榜首大辣椒消費國。北起黑龍江，南至海南，全國各地都有辣椒的身影。辣椒的當地種質資源共有2200多份，商業化品種上千個。
“但辣椒的使用根底研討相對單薄?！闭撐囊黄鹜ㄓ嵶髡摺⑹卟怂杏憜T程鋒說，辣椒的基因組超越3Gb，是西紅柿等常見茄科作物基因組的3到4倍。如此巨大的基因組，不只使研討精力和本錢大幅添加，其復雜性也極大添加了基因組剖析的難度。
兩年前，研討團隊構建了一年生培養辣椒種的全基因組變異圖譜，提示了其馴化選擇和育種改進的進程，一起判定了辣椒果實朝向、果形、辣味等重要性狀的遺傳調控位點及其集體選擇特征。
“其時咱們在其他作物上現已發現轉座子對物種分解和表型多樣化具有重要影響。但這一發現需求更多物種數據佐證，并需深化解析其發揮效果的機制。”程鋒說，基因組的擴張首要源于轉座子的迸發，辣椒巨大的基因組中含有很多轉座子，這或許能為驗證上述發現、解析其機制供給時機。
。揭開辣椒身世疑團。
“培養種往往由野生種馴化而來。辣椒培養種都是12對染色體，但部分野生種有13對染色體，因而有了‘先人之爭’——辣椒先人是12對染色體仍是13對染色體?！闭撐陌袷鬃髡摺⑹卟怂杏憜T張亢標明，為精確提示辣椒來源的奧妙，他們在研討資料的選擇上慎之又慎。
辣椒屬包括30多個種，其間有5個培養種，剩余的是野生種，遺傳多樣性豐厚。“中選”的辣椒要求有三：其一，根據前期重測序剖析的效果，找到培養種與野生種之間的親緣聯系，以親疏遠近之分剖析是否可以將其作為代表資料；其二，歸納已有研討效果，估測哪些野生種有可能是5類培養種的先人或具有直接奉獻；其三，考慮研討資料的性狀多樣性，性狀較為特別的品種更易獲選。
“‘中選’的辣椒基因組至關重要?！蓖趿⒑普f，一年生辣椒、灌木辣椒、我國辣椒、下垂辣椒和羽毛辣椒這5類歸于已得到馴化的培養種，是首選研討目標。其間，一年生辣椒最為常見，商場占比90%以上。此外，來源于美洲安第斯山脈區域的約1200萬年前分解的遠緣野生種C.rhomboideum等5個野生資料也被選為研討目標。
為揭開辣椒的身世疑團，研討人員對基因組進行具體比照，并展開了系統發育剖析。結合多個茄科基因組間的共線性同源片段聯系，他們清晰了辣椒屬先人具有12對染色體，C.rhomboideum的13對染色體是由12對染色體重排而來。上述發現答復了關于辣椒先人染色體數目的問題。
來源的提示僅僅開端，辣椒的進化與馴化更值得注重。研討人員發現不同辣椒基因組中的轉座子迸發事情存在顯著差異。轉座子又稱跳動因子，是基因組中可自主仿制和移位的根本遺傳元件，可以從原基因方位“跳動”仿制至新基因的方位。這些轉座子刺進事情帶來了很多的基因組間結構變異。
其間，部分我國辣椒資猜中調控果實朝向的UP基因的啟動子區域呈現缺失，按捺了該基因的表達，使果實朝向從朝下變為朝上。
程鋒猜想，辣椒先人本來也是果實朝下成長的。但辣椒辣味的構成，使其具有抗病蟲性的一起失去了經過哺乳動物取食傳達種子的途徑。但另一個傳達途徑呈現了——招引鳥類取食傳達種子。轉座子帶來的結構變異按捺了UP基因的表達，使果實朝上成長。朝上成長的艷麗果實更簡單被飛翔的鳥兒注意到。
而在人類馴化辣椒的進程中，使其朝下成長可以構成更大的果實，然后提高產值。因而，當不再需求鳥類傳達種子后，轉座子進一步變異，使UP基因康復表達，然后使果實朝下成長，并被馴化選擇保存下來。
“果實朝向改變是轉座子參加的天然演化和人工馴化兩層效果的最好表現。”程鋒說。
此外，他們還發現，羽毛辣椒中操控辣椒紅素組成的要害基因CCS編碼區呈現了轉座子刺進，因而提早停止，使果色由紅變黃。程鋒以為，這些轉座子相關結構變異的發現為了解辣椒性狀多樣性的構成供給了重要頭緒。
。“要把研討做得再精密一些”。
研討團隊還發現，高頻漸滲對辣椒遺傳和性狀構成有重要意義。這一定論的得出離不開辣椒中心種質的深度重測序。
“辣椒中心種質的選擇是一項長期性作業?！蓖趿⒑茦嗣鳎杏憟F隊自2013年起便致力于選擇具有多樣性、代表性的中心種質資源，當選的種質資源可以代表整個資源庫中78%左右的種質。
從2200多份中篩選出349份，耗時約4年。隨后他們對這些中心種質資源進行了基因組重測序，這為后續研討打下了重要根底。
“當下，咱們需求無比精密、精確地判定每一個資料的變異狀況。而之前的測序本錢與技術水平約束了測序深度和精度。”張亢和論文一起榜首作者、蔬菜所副研討員于海龍從349份中心種質中又選擇出具有工業重要性的主干資料，完成了124份辣椒中心種質的深度重測序，構建了辣椒集體的單體型圖譜。
回溯整個研討，“精密”一詞貫穿一直，在投稿環節更是如此。
這一研討效果開始投稿給《天然-遺傳學》。但審稿人以辣椒基因組未能到達從端粒到端粒的極高質量拼裝水平為由拒稿。盡管論文被拒令人絕望，但他們以為審稿人的定見值得采用，所以持續完善。
2024年，研討團隊轉投《天然-植物》。為充沛應對審稿人的發問，團隊成員在每一個耕種季都會組織重要資料耕種，隨時預備取樣、彌補試驗?！暗?024年的秋天，由于用地嚴重咱們沒能組織部分重要資料的耕種?！睆埧赫f，彼時時刻急迫，辣椒前期成長又特別慢，為處理審稿人提出的問題，他們翻遍了在-80℃的冰箱中保存的一切樣品，終究“湊齊”了所需的凍存樣品。所幸每次取樣流程都非常標準，DNA質量很高，試驗效果契合預期。
“無論是全體研討進程，仍是投稿閱歷，都在提示咱們要把研討做得再精密一些?！背啼h如是說。
“這項研討關于打破辣椒培養種的遺傳瓶頸，推進辣椒育種從‘經歷驅動’到‘數據驅動’的轉型具有重要輔導意義?！编u校園指出，這項效果和近年來的系列研討標明，我國辣椒范疇的原始立異才能明顯增強，標志著我國辣椒科學研討到達國際領先水平。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41477-025-01905-1。
《我國科學報》 (2025-02-28 第1版 要聞)。
