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栽培種和野生種辣椒的全基因組測序揭示辣椒屬的馴化與特異性
閱讀：348 發布時間：2014-3-13辣椒，又叫番椒、海椒、辣子、辣角、秦椒等，是一種茄科辣椒屬植物，且是世界上*具有辣味的植物。和西紅柿一樣，這種zui初被認為果實有毒的植物，現今已是約20億人口日常飯桌上的常用蔬菜，但是對于這種植物的基因組特征、進化、馴化及遺傳機制，科學家仍知之甚少。
來自遵義市農業科學研究院、四川農業大學、華南農業大學、深圳華大基因研究院和墨西哥生物多樣性基因組學國家重點實驗室等13家科研院所合作完成的辣椒基因組研究成果于2014年3月3日在期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表文章“Whole-genome sequencing of c*ted and wild peppers provides insights into Capsicum domestication and specialization”，公布了辣椒（Capsicum annuum L.）的基因組，此次測序的辣椒品種為遵義市農業科學研究院選育的品種“遵辣1號”（Zunla-1）和其來自墨西哥的野生種“Chiltepin”。
文章的*作者是遵義市農業科學研究院、四川農業大學和華南農業大學聯合培養的博士生覃成，通訊作者分別為四川農業大學的張志明教授，華南農業大學的胡開林教授，遵義市農業科學研究院的余吉平院長，華大基因的尹燁博士，及墨西哥生物多樣性基因組學國家重點實驗室的Luis Herrera-Estrella研究員。
在這項研究中，研究人員分別對Zunla-1和Chiltepin進行了全基因組測序，構建了高密度的連鎖圖譜，并組裝得到高質量的基因組精細圖譜。兩個基因組大小約為3.3Gb，分別有35,336和34,476個基因，12對染色體，其中約90%的基因都錨定到這些染色體上。
研究發現辣椒基因組包含大量的重復序列，約有2.7Gb（占基因組大小的81%），遠高于其在西紅柿（479Mb，61%）和馬鈴薯（399Mb，61%）中的含量，并且以Gypsy（54.5%）和Copia（8.6%）兩種類型的重復序列為主。進一步的進化分析表明Gypsy在約30萬年時發生了大規模的擴張和復制，導致辣椒基因組是西紅柿和馬鈴薯基因組大小的4倍。
在對辣椒與其他茄科植物的比較基因組及進化分析中，研究人員發現，辣椒和西紅柿、馬鈴薯一樣，經歷了一次三倍化事件和一次全基因復制事件，但是由茄科中分化出的辣椒屬分支并未發生全基因組的復制，進一步證實辣椒的基因組擴張是由近期重復序列的擴張復制導致的。相對于馬鈴薯和西紅柿，辣椒基因組產生了大量的重排和異位事件。
辣椒基因組序列為茄科植物的生物學研究提供了寶貴的新資源。在這項研究中，對18個栽培品種和2個其他野生種的重測序數據分析鑒定得到511個候選的馴化基因，這可能解釋野生和栽培種辣椒之間的差異；在這些基因中有一些可能與種子休眠縮短、抗病原體和抗逆性增強以及儲存壽命增加有。同時，不同辣度的辣椒相關轉錄組數據的比較分析揭示辣椒素合成的相關基因，其中兩個相鄰的酰基轉移酶基因（AT3-D1和AT3-D2）可能負責辣椒素的zui終合成，初步解釋了“辣椒為什么會辣”這個備受關注的生物學問題。另外，研究人員還對辣椒和西紅柿果實的發育進行了深入的比較分析，獲得了辣椒果實成熟后仍然堅硬等生物學特性相關的候選基因。這些發現為辣椒開展分子標記輔助育種提供了重要的基因資源。
美國農藝學會主席、新墨西哥州立大學辣椒研究所所長 Paul Bosland教授表示，“中國科學家主導的高質量辣椒基因組圖譜的完成為辣椒的研究打開了新的一頁。該圖譜將促進辣椒抗性、品質等重要農藝性狀基因的定位研究，為通過分子育種進行辣椒品種改良奠定基礎，同時還將促進茄科植物的進化研究，以及果實發育機理等基礎生物學研究”。