辣椒（ Capsicum annuum L.）是一種重要的茄科經(jīng)濟(jì)作物，因其富含維生素、辣椒紅素、辣椒素等，在食品及化工產(chǎn)業(yè)備受歡迎。現(xiàn)階段，干旱和低溫脅迫是制約辣椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)境因素。因此，探索其抗旱、耐低溫分子機(jī)制對(duì)辣椒產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要的理論與應(yīng)用價(jià)值。
近期，我院鞏振輝教授團(tuán)隊(duì)在《Horticulture Research》、《Journal of Experimental Botany》及《Scientia Horticulturae》等期刊發(fā)表了關(guān)于辣椒抗性的系列研究論文，2017級(jí)博士研究生馬瀟為第一作者，鞏振輝教授為通訊作者，該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.31772309，No.31860556，No.U1603102）的資助。
【進(jìn)展一】研究成果以“The CaCIPK3 gene positively regulates drought tolerance in pepper”為題的研究論文在線發(fā)表于《Horticulture Research》。本研究探討了 CaCIPK3 在調(diào)節(jié)辣椒干旱脅迫中的功能。在辣椒植株中沉默 CaCIPK3 會(huì)提高植株對(duì)干旱的敏感性。在辣椒中瞬時(shí)過表達(dá) CaCIPK3 后，可通過增強(qiáng)其抗氧化系統(tǒng)的活性和正向調(diào)控茉莉酸相關(guān)基因的表達(dá)，提高辣椒耐旱性。作為CaCIPK3的互作蛋白，CaCBL2也對(duì)耐旱性產(chǎn)生了積極的影響。此外，CaWRKY1和CaWRKY41蛋白通過與 CaCIPK3 啟動(dòng)子直接結(jié)合影響其表達(dá)。本研究揭示了 CaCIPK3 在辣椒干旱調(diào)控機(jī)制中發(fā)揮的重要作用，為深入解析辣椒的抗旱分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。
圖1 CaCIPK 3在辣椒抗旱中的調(diào)控機(jī)制模型
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41438-021-00651-7
【進(jìn)展二】題為“The CBL-interacting protein kinase CaCIPK13 positively regulates defence mechanisms against cold stress in pepper”的研究論文發(fā)表于《Journal of Experimental Botany》。本研究對(duì)低溫誘導(dǎo)表達(dá)的辣椒 CaCIPK13 基因的功能進(jìn)行分析。生物信息學(xué)分析表明CaCIPK13屬于典型的CIPK家族成員，該蛋白定位于細(xì)胞核和質(zhì)膜。 CaCIPK13 沉默導(dǎo)致辣椒對(duì)低溫脅迫的敏感性增強(qiáng)，丙二醛、H2O2積累和電導(dǎo)率增加，而活性氧清除酶活性以及花青素含量有所降低。與對(duì)照相比， CaCIPK13 沉默辣椒葉片中低溫和花青素相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著降低。相反，番茄中 CaCIPK13 的過表達(dá)則通過增加花青素含量和活性氧清除酶活性提高了植株耐寒性。此外，CaCIPK13以Ca2+依賴的方式與CaCBL1/6/7/8互作。本研究揭示了 CaCIPK13 正調(diào)控辣椒耐寒性的功能機(jī)制。
圖2 沉默 CaCIPK13 提高了辣椒對(duì)低溫脅迫的敏感性
文章鏈接：https://doi.org/10.1093/jxb/erab505
【進(jìn)展三】題為“The pepper MYB transcription factor CaMYB306 accelerates fruit coloration and negatively regulates cold resistance”的研究論文發(fā)表于《Scientia Horticulturae》。本研究圍繞屬于R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子CaMYB306展開。前期通過轉(zhuǎn)錄組與差異表達(dá)關(guān)聯(lián)分析，從辣椒品種‘XHB’和其突變體H0809中發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)的 CaMYB306 基因。通過病毒誘導(dǎo)的基因沉默和番茄遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)獲得 CaMYB306 沉默辣椒果實(shí)及CaMYB306過表達(dá)番茄，對(duì)果實(shí)中類胡蘿卜素、葉綠素和花青苷含量的測定，并對(duì)相關(guān)基因的表達(dá)進(jìn)行差異分析，發(fā)現(xiàn) CaMYB306 通過增加類胡蘿卜素的積累，減少葉綠素和花青苷的合成來促進(jìn)果實(shí)著色。此外， CaMYB306 通過調(diào)控丙二醛和H2O2含量、活性氧清除酶活性及抗性相關(guān)基因的表達(dá)，在植物響應(yīng)低溫中起負(fù)調(diào)控作用。而CaMYB306又可與正調(diào)控低溫的 CaCIPK13 基因的啟動(dòng)子結(jié)合，抑制其表達(dá)，共同調(diào)控辣椒抵御低溫脅迫。
圖3 沉默 CaMYB306 后增強(qiáng)辣椒植株對(duì)低溫抗性
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scienta.2022.110892
