盐胁迫下耐盐砧木通过保持光合能力和库强提高嫁接辣椒的产量

本研究通过两个试验评价了耐盐辣椒A25(Capsicum annuum L.)作为砧木的表现。第一个试验是在普通土壤条件下进行的田间试验,与商业辣椒品种Adige自根植株(A)相比,以A25为砧木的嫁接组合(A/A25)果实产量大大提高(75%),而脐腐病的发病率明显降低(31%)。为深入研究该现象的作用机制,第二个试验于温室中80 mM NaCl处理14 d后,分别检测A和A/A25的长势、矿质成分分布、气体交换、叶绿素荧光参数、抗氧化系统和脯氨酸含量。与对照相比,盐胁迫显著抑制A的植株生长(叶片干质量下降40.6%),而对A/A25没有影响。A/A25与A的叶片及根的离子(Na^+和Cl^-)积累量相似。虽然超氧化物岐化酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性增强,非光化学淬灭增加,保护机制被激活,但A植株光合碳同化明显减少(45.6%),且丙二醛(MDA)大量积累表明植株受到了盐胁迫的伤害。相反,A/A25具有发达的根系,能通过保持光合性能来保证接穗和根系在盐胁迫条件下的生长。在盐胁迫下,A/A25的过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶活性未发生改变,MDA水平未显著升高,表明A/A25的氧化应激反应没有被激活。在该研究中,脯氨酸水平升高有利于保护由盐胁迫引起的酶稳定性伤害,保证植物的光合性能。以上结果表明,嫁接缓解了盐胁迫对光合作用的负面影响,维持了嫁接植株的长势,提高了商品产量。

灌溉对两种辣椒产量及初生和次生代谢产物的影响

本文评估了温室生产中水分胁迫对辣椒植株的生长、产量、初生代谢物(糖、有机酸和抗坏血酸)和次生代谢物(总酚含量、辣椒素和二氢辣椒素)积累等的影响。对一年生辣椒的变种‘Chili-AS Rot’和黄灯笼辣椒的变种娜迦·莫里希(‘Naga Morich’)进行了盆栽试验。以两种不同的处理方式对植物进行灌溉:最佳灌溉量或田间持水量灌溉和水分亏缺灌溉或50%田间持水量灌溉,可将其视为干旱胁迫。研究了干旱胁迫对辣椒产量和品质(主要和次要代谢产物)的影响。结果表明:50%田间持水量灌溉处理(水分亏缺状态)会影响单产,因为两种辣椒按照50%田间持水量进行灌溉处理时产量都较低。在水分亏缺的情况下,黄灯笼辣椒娜迦·莫里希(C.chinense‘Naga Morich’)的花蕾出现脱落现象,因而在第3次采摘时收获到的果实较少。在水分亏缺的情况下,两个辣椒品种的糖浓度均较低。在最佳灌溉量处理下,一年生辣椒‘Chili-AS Rot’果实中柠檬酸、草酸、延胡索酸、奎尼酸等有机酸含量较高。两种灌溉方式下苹果酸的浓度相差不大。黄灯笼辣椒娜迦·莫里希(C.chinense‘Naga Morich’)中柠檬酸和抗坏血酸在最佳灌溉量时浓度较高,而在水分亏缺状态时,其他有机酸浓度较高。一年生辣椒‘Chili-AS Rot’在适宜灌溉条件下,果实中具有较高的抗坏血酸和总酚含量,而在胁迫处理下,植株中的辣椒素和二氢辣椒素含量较高。而黄灯笼辣椒娜迦·莫里希(C.chinense‘Naga Morich’)在最佳灌溉量处理下辣椒素、二氢辣椒素和总酚含量均表现出较高的水平。

基于SNPs全基因组测序技术对泰国辣椒地方品种遗传多样性分析和辣椒素含量关联分析

泰国的辣椒地方品种是非常重要的种质资源,由于其独特的香气和风味,被广泛应用于新鲜食用和食品行业。本研究收集了243份辣椒地方品种,对其遗传多样性和辣椒素含量进行鉴定。利用多样性微阵列基因分型技术或DArTseq技术从泰国辣椒地方品种中筛选到22000多个SNPs。经过滤得到9610个SNPs用于多样性鉴定和全基因组关联分析。聚类分析将辣椒地方品种分为两个不同的组,分别对应于辣椒品种中的一年生辣椒种(C.annuum)和野生灌木辣椒种(C.frutescens),相异指数为0.0092~0.8410。然而,经检测每个辣椒种的种间遗传背景非常狭窄。通过全基因组关联分析,鉴定出与辣椒素类物质含量显著相关的7个SNPs,其中5个位于辣椒素类物质生物合成途径相关基因的附近。

嫁接可增强甜椒对极端温度的耐受性

冬季和夏季以及昼夜温度的波动会严重影响地上部分和根系的生长,以及整个植株对极端土壤温度的耐受性。我们比较了商业辣椒杂交种(Capsicum annuum L.)(Romance,Rijk Zwaan)自嫁苗、自根苗,以及新型砧木S101砧木嫁接苗(先正达)对一系列土壤温度变化的响应。该砧木杂交品种育种目标是增强非生物胁迫耐受性。在冬季和夏季开展试验,材料培养在自然通风的塑料温室中,由微根管相机和根系生长箱来研究嫁接甜椒在极端温度下(低和高的空气和土壤)根系的动态发育,以及地上部分和地下部分的相互影响。在整个试验中,我们监测了土壤和空气的温度。与甜椒ROM自嫁苗和自根苗相比,在受到冬季低温、夏季高温的影响时,S101砧木嫁接甜椒苗Romance地上部分生物量变化程度更大。S101砧木中积累了Cl,同时可以更有效地将C源分配到叶、茎和根中,将N源分配到叶、茎和果实中。砧木S101的这些性状可用于提高其他辣椒品种对土壤低温和高温的耐受性,延长辣椒生长期,同时为植物育种者提供了非常有价值的信息。

辣椒类Pto蛋白激酶(PLPK)基因家族全基因组分析和进化研究

番茄Pto基因编码包含丝氨酸/苏氨酸激酶(STK)结构域的蛋白,它能抗由丁香假单胞菌番茄致病变种(Pseudomonas syringae pv.Tomato,Pst)造成的细菌性斑点病。本研究使用PVX系统的体内识别系统测定显示Avr Pto在辣椒基因型中被特异性识别。这种Avr Pto识别导致非寄主超敏反应(HR),以及PVX::Avr Pto融合蛋白在接种辣椒叶组织中的定位,这表明在辣椒中存在与番茄类似的Pto识别机制。然而,辣椒全基因组分析显示没有对应番茄的Pto进化枝,表明在辣椒中有一个Pto识别的替代系统。不过,辣椒基因组中已经鉴定出25个具有高度保守STK结构域的类Pto蛋白激酶(PLPKs)。对于Ptos和PLPK的STK结构域中的大部分氨基酸位点,非同义(d N)与同义(d S)核苷酸替换速率的比值(ω)小于1,表明纯化选择在进化中起主要作用。然而,一些氨基酸位点在Pto同源物的进化过程中被发现为偶发性正选择,因此,不同的进化过程可能在植物中形成了Pto基因家族。基于RNA-seq数据,PLPK基因和其他Pto通路基因,例如Prf,Pti1,Pti5和Pti6在所有检测的辣椒基因型中都表达了。因此,辣椒中对Pst的非寄主超敏反应可能是由于PLPK同系物对Avr Pto效应物的识别,以及Pto信号通路下游组分的后续作用。然而,辣椒中Avr Pto的识别可能涉及其他类受体激酶(RLKs)的活性。本研究中鉴定的PLPKs将作为进一步了解PLPKs在非寄主抗性中作用的基础。

Dof转录因子的全基因组分析揭示辣椒发育和响应生物胁迫的功能特征

Dofs(DNA-binding with one zinc finger proteins)是植物特有的转录因子家族。Dof蛋白参与许多生物过程,如植物激素的产生,种子发育和环境适应。Dof蛋白已经在多种植物中被鉴定,但在辣椒中尚未开展类似的研究。我们在辣椒中鉴定出了33个可能的Dof基因(CaDofs)。为了了解CaDof基因的特征,我们分析了其系统进化关系、蛋白质基序和进化历史。我们将含有25个基序且分布在8条染色体上的33个CaDof基因分成4个族。我们发现CaDof基因的扩张可追溯到最近的复制事件。茄科种系形成之前,片段复制在CaDof家族基因中占主导地位。通过RNA-seq分析获得了CaDof基因表达谱,发现在对包括两种TMV菌株,辣椒斑驳病毒和辣椒疫霉菌的生物胁迫响应过程中,Ca Dof家族基因表现出了时间和病原特异性变化,这表明CaDof基因的功能具有多样性。这些结果不仅为研究Dof基因在生物胁迫中的响应提供有价值的信息,同时也有助于更好地理解Dof基因在辣椒和其他物种中的多重功能。

辣椒Pun1位点对辣椒素酯类物质合成的控制

辣椒由于含有生物碱化合物辣椒素和辣椒素类物质(capsaicinoids)而具有独特的辣味。虽然辣椒素类物质已被证实对人体健康有药理和生理作用,但由于具有辛辣味,使得辣椒素类物质的应用受到限制。在无辣味的辣椒中发现的辣椒素酯类物质(capsinoids)与辣椒素类物质具有非常相近的结构和相似的生物效应。以前的研究表明,p-AMT基因突变与辣椒素酯类物质的产生相关,然而,辣椒素酯类物质的合成途径尚未被完全阐明。在本研究中,我们对F6重组自交系群体进行了遗传分析,以确定辣椒素酯类物质的合成机制。在这个群体中,辣椒素酯类物质的产生与否表现出了与具有Pun1位点的基因型植株的共分离。此外,我们筛选了辣椒素酯类物质的合成模式,以及在p-AMT突变系中Pun1位点与辣椒素酯类物质合成的相关性。在辣椒种质中,我们筛选到p-AMT基因中PLP结合结构域中的氨基酸取代突变体。隐性pun1基因存在时不合成辣椒素酯类物质,同时还发现p-AMT突变型和辣椒素酯类物质的含量之间并无关系。由此认为Pun1基因不仅负责辣椒素类物质合成,同时也控制着辣椒素酯类物质的合成。

水胁迫对辣椒(Capsicum annuum var.glabriusculum)叶片生长和气体交换的影响

为探讨辣椒(Capsicum annuum var.glabriusculum)对水胁迫的响应,分别设置淹水处理0 d(对照)、5 d、10 d和缺水处理:灌溉量分别为田间持水量(对照)、田间持水量的70%、50%和25%,对其淹水和缺水(WD)条件下的生长状况和气体交换特性进行了分析。结果表明,从移栽后20 d开始,淹水处理对植株的气孔导度、光合和蒸腾速率均产生一定的抑制作用,导致到了120 d时,植株的生物量显著下降。而在缺水处理(WD)下,从80 d开始,可利用水含量为70%、50%和25%的三组处理中,植物地上部分的生长、根系生物量以及气体交换都受到了严重的影响,抑制了植株的开花和结实。本研究表明辣椒对水分胁迫的敏感程度将影响栽培品种在自然环境下的生长状况,研究结果将对辣椒小规模种植产业的发展提供一定的借鉴。