科學(xué)通報 | 鄒學(xué)校院士團(tuán)隊(duì)綜述辣椒分子育種與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

近日，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)、岳麓山實(shí)驗(yàn)室鄒學(xué)校院士團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)通報》生物與信息技術(shù)賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展專輯發(fā)表了題為“辣椒分子育種與產(chǎn)業(yè)發(fā)展”的綜述文章，系統(tǒng)總結(jié)了辣椒分子育種在種群演化、基因組學(xué)、產(chǎn)量品質(zhì)、雄性不育、脅迫響應(yīng)及基因編輯等七個方面的研究進(jìn)展，并全面分析了全球及中國辣椒產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展歷程，旨在為辣椒精準(zhǔn)育種和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供理論參考。

辣椒屬（Capsicum ）原產(chǎn)中南美洲，有 6000 多年栽培歷史。 1493 年哥倫布將其從南美洲帶到歐洲，隨后經(jīng)葡萄牙人傳播至亞洲、非洲和大洋洲。辣椒傳入中國約在 1591 年以前，最初作為觀賞植物， 1621 年前開始作為蔬菜和調(diào)味品。經(jīng)過數(shù)百年發(fā)展，辣椒已成為全球第三大、中國第一大蔬菜作物，全球約 20% 的人口每天離不開辣椒。我國辣椒育種歷來受到重視，已育成常規(guī)品種 2000 多個、雜交品種 10000 多個。隨著消費(fèi)升級和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病抗逆的新品種已成為當(dāng)前育種的重要命題。近年來，隨著基因組框架的繪就與關(guān)鍵基因功能的陸續(xù)解析，辣椒分子育種在產(chǎn)量品質(zhì)、雄性不育、抗逆性及基因編輯等領(lǐng)域取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。本綜述基于國內(nèi)外最新研究成果，對辣椒分子育種與產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了系統(tǒng)梳理。

辣椒遵循“單一起源、平行分化、性狀交織”的演化趨勢，所有栽培辣椒均起源于中南美洲某一共同祖先。2013年首個辣椒基因組草圖發(fā)布后，隨著長讀長和Hi-C等三代技術(shù)應(yīng)用，基因組組裝提升至染色體水平。2024至2025年，多個辣椒材料獲得端粒到端粒（T2T）無缺口基因組，標(biāo)志著辣椒基因組學(xué)邁入“完成圖”時代。目前已建立Pepper Genomics Database、PepperHub等多個專業(yè)數(shù)據(jù)庫，為全球研究提供數(shù)據(jù)支撐。

高產(chǎn)是育種家品種選育的首要目標(biāo)。在產(chǎn)量性狀方面，控制果實(shí)大小的主效QTL穩(wěn)定聚集于第3、10號染色體，新發(fā)現(xiàn)第7號染色體主效QTL qFS7通過增加中果皮細(xì)胞層數(shù)促進(jìn)果實(shí)增大。CaOFP20作為負(fù)調(diào)控因子抑制果實(shí)伸長，其功能依賴于與CaIQD1、CaTRM-like等蛋白互作；CaIQD1正調(diào)控果實(shí)伸長。株型調(diào)控方面，CaADA2b突變導(dǎo)致植株矮化緊湊，CaSLR1與CaNAC6共同調(diào)控莖稈強(qiáng)度。果實(shí)朝向由主效基因Up控制，其啟動子區(qū)579 bp結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致果實(shí)下垂。辣椒素是辣椒特有的代謝產(chǎn)物，辣椒素合成受多層次網(wǎng)絡(luò)調(diào)控：核心轉(zhuǎn)錄因子CaMYB31、CaMYB48、CaMYB108等正向調(diào)控，CaMYB24、CcMYB4-2和CcMYB4-12等負(fù)向調(diào)控；AT3和pAMT基因結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致辣味喪失；CaKR1、DEMF06G16460等基因突變影響辣味形成。CaCOMT36參與前體供應(yīng)，CaABCG14負(fù)責(zé)辣椒素轉(zhuǎn)運(yùn)。同時，辣椒是工業(yè)提取辣椒紅素的首要來源，其合成關(guān)鍵酶CCS的調(diào)控位點(diǎn)Cst13.1、Cst15.1等被鑒定。利用雄性不育系制種可節(jié)約人工去雄成本。已成功克隆多個細(xì)胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)基因（CaPPR6、Rf、CaRf032、CaRf、Rfu、CaRfHZ、CaRf2）和細(xì)胞核雄性不育基因（CaMS1、CaDYT1、CaMS188、CaCYP703A2），并開發(fā)了實(shí)用分子標(biāo)記。

辣椒在抗生物和非生物脅迫方面，關(guān)鍵基因的挖掘也取得了系統(tǒng)進(jìn)展。抗生物脅迫方面，抗炭疽病主效QTLAnRGO5定位于第5號染色體，候選基因?yàn)镃a05g17730；抗疫病主效QTL集中分布于第5號染色體，CaTPX1作為免疫正調(diào)節(jié)因子；抗青枯病主效QTL qRRS-10.1貢獻(xiàn)率達(dá)19.01%；抗CMV的qcmv11.1和qcmv11.2、抗TMV的L基因座、抗PVY的pvr基因家族、抗TSWV的Tsw基因、抗根結(jié)線蟲的Me1、Me3、Me7等均被精細(xì)定位。抗非生物脅迫方面：高溫響應(yīng)關(guān)鍵基因?yàn)镃aHsfA1d和CaHsp25.9，主效QTL qFS6與高溫坐果率顯著相關(guān)；低溫響應(yīng)基因CaDHN4、CabHLH79、CaNAC035等被鑒定；干旱響應(yīng)受ABA信號網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，CaDIMK1、CaCIPK3等正向調(diào)控辣椒耐旱；鹽脅迫響應(yīng)涉及CabZIP1和CaAIBZ1等bZIP轉(zhuǎn)錄因子。

辣椒遺傳轉(zhuǎn)化效率低是長期瓶頸。近年通過優(yōu)化外植體與培養(yǎng)條件，利用基因槍輔助CRISPR/Cas9編輯CaPDS基因獲得62.5%編輯效率；國內(nèi)建立了穩(wěn)定的CRISPR/Cas9編輯體系；引入RUBY報告基因與內(nèi)源因子CaREF1構(gòu)建了新型轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。在病毒介導(dǎo)系統(tǒng)方面，基于改造的番茄斑萎病毒（TSWV）載體實(shí)現(xiàn)了高達(dá)77.9%的可遺傳突變；利用煙草花葉病毒（TMV）載體開發(fā)了無需組織培養(yǎng)的可遺傳編輯技術(shù)，成功獲得無外源DNA的純合突變體。

近四十年中國辣椒產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展：種植面積從80年代的400萬畝增至2017年的3400多萬畝，成為我國第一大蔬菜作物。產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了六次產(chǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移：從華南到華北，再到設(shè)施栽培區(qū)、高山高原區(qū)，以及西北向華北的螺絲椒轉(zhuǎn)移，近年加工型辣椒向新疆、內(nèi)蒙古轉(zhuǎn)移。盡管我們在關(guān)鍵基因挖掘與利用方面取得了一定成績，但仍面臨多基因協(xié)同改良、高效評價體系缺乏、前沿育種技術(shù)應(yīng)用不足等挑戰(zhàn)。未來，隨著分子育種技術(shù)發(fā)展，辣椒育種將從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動轉(zhuǎn)向設(shè)計育種，高品質(zhì)、抗病抗逆、適合機(jī)械化生產(chǎn)的新品種將不斷涌現(xiàn)。辣椒產(chǎn)區(qū)將進(jìn)一步西移，機(jī)械化、規(guī)模化水平提升，辣椒在食品、醫(yī)藥、保健、日化等領(lǐng)域的應(yīng)用將更加豐富。

綜上，本文總結(jié)了辣椒產(chǎn)量品質(zhì)、雄性不育、抗逆性等方面關(guān)鍵基因的克隆進(jìn)展與功能位點(diǎn)信息，旨在為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆協(xié)同改良的辣椒新品種培育提供理論支撐。

本文通訊作者為鄒學(xué)校院士，李國琛博士、劉峰教授、楊莎副教授和遠(yuǎn)方教授參與了稿件寫作。作者單位為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)和岳麓山實(shí)驗(yàn)室。研究得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（32130097）的資助。

文章信息

鄒學(xué)校，李國琛，劉峰，等.辣椒分子育種與產(chǎn)業(yè)發(fā)展. 科學(xué)通報, 2026, 71 (20): 4735-4752.

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