驚蟄過后，辣椒進入了育苗期。西北農林科技大學園藝學院教授陳儒鋼對去年夏季新疆辣椒的減產仍然耿耿于懷。
去年5月6日，正值立夏節氣，新疆多地出現罕見降雪，部分地區近60年來首次遭遇“五月飛雪”。降雪、降溫對新疆的辣椒生產造成重大損失，使之至少減產30%~40%。
如何讓起源于亞熱帶地區的辣椒不怕冷？陳儒鋼團隊多年來一直專注于辣椒抗寒機制研究，并取得了多項進展。最近，該團隊發現了一個轉錄因子CaNAC035，可讓辣椒不再怕冷。相關成果在線發表于《植物雜志》和《園藝學研究》。
辣椒的前世今生
辣椒為一年生或多年生草本植物，栽培歷史悠久，遺傳多樣性豐富，野生、栽培種質資源多，是全球消費量最大的辛辣調味品。
大約7500—8000年前，辣椒從年降雨量不到500毫米的南美洲玻利維亞中南部起源。“這一帶屬于亞熱帶無霜區、半干旱氣候，所以到現在辣椒都屬于喜溫蔬菜，這從祖上基因就已經注定了。”論文通訊作者陳儒鋼告訴《中國科學報》。
早期，辣椒依靠飛鳥傳播種子，生長區域從發源地玻利維亞逐漸擴大到南美洲、中美洲，再到北美洲西南部，在不同生態區進化產生10多個近緣野生種和約20個非近緣野生種。
陳儒鋼介紹，雖然辣椒傳入我國只有400多年，但產業發展十分迅速。目前，辣椒是我國種植面積最大的蔬菜和消費量最大的辛辣調味品，年種植面積穩定在210萬公頃以上，總產量達6400萬噸，占全國蔬菜總播種面積的8%~10%。
然而，每年的雨雪、超級寒潮、倒春寒等極端低溫冷害天氣，嚴重影響了辣椒的生長及椒農的生產效益。例如，2020年12月，受“霸王級”寒潮的影響，福建大面積的線椒幾乎一夜之間全部被凍死，農民遭受了嚴重的經濟損失。
“挖掘辣椒優異抗寒基因并解析其調控機理，能夠為辣椒的抗寒分子育種提供理論依據和基因資源，這對辣椒產業持續穩定發展具有重要的理論與應用價值，同時，在保障蔬菜周年均衡供應和豐富飲食口味方面也能發揮重要作用。”陳儒鋼說。
辣椒為何如此怕冷
陳儒鋼課題組發現，辣椒的抗寒性是受多基因控制的復雜性狀，涉及的基因調控途徑非常多，還會與其他環境脅迫因子發生交叉作用，從而導致傳統育種方法在改良作物抗寒性方面受到限制，也使通過轉入單個抗寒功能基因來獲得作物的高抗寒性有較高的難度。
不過，他們轉變思路發現，轉錄因子作為分子開關可以與基因啟動子區域的順式作用元件結合，直接調節下游功能基因的表達，還可以通過調控其他轉錄因子的表達進而影響下游一系列功能基因的表達。于是，他們設想，通過生物技術使一個特定轉錄因子在作物體內過量表達或沉默，從而提高植株綜合抗逆性。
論文第一作者、西北農林大學園藝學院博士生張華鋒介紹，前期他們圍繞辣椒NAC轉錄因子家族做了大量工作，并在辣椒基因組中鑒定出112個CaNAC成員。
通過分類，課題組研究發現，CaNAC035基因受低溫強烈誘導，并且在抗寒辣椒材料中的表達量顯著高于在不抗寒辣椒材料中的表達量。
同時，該基因還受脫落酸強烈誘導表達。脫落酸是一種重要的植物激素，在植物的脅迫耐受性和抗性中發揮重要作用。在脅迫條件下，脫落酸會調控植物關閉氣孔。通過研究植物氣孔開放和閉合的規律，可以從另一個角度研究植物的逆境脅迫現象。
陳儒鋼團隊進一步通過正反兩方面功能驗證發現，該基因表達量降低后，辣椒植株抗寒性降低；而在辣椒中超量表達該基因后，植株的抗寒性增強。
通過進一步研究，他們發現低溫脅迫誘導CaNAC035基因啟動下游基因表達，提高植物體內脫落酸的含量，進而提高植株的抗寒性。
繼續“不怕冷”的研究
“CaNAC035基因在辣椒低溫脅迫中具有重要的抗寒功能，一旦控制了這個轉錄因子，將有可能大大提高辣椒的抗寒能力，使其不再懼怕天寒地凍，進而擴大辣椒的種植范圍、延長栽培時間。”張華鋒說。
華中農業大學教授張俊紅評價說，該研究明確了轉錄因子CaNAC035在辣椒低溫脅迫中的功能，并闡明了其在冷應激耐受性中的正調節作用。該團隊同時發現了該轉錄因子在調控辣椒冷脅迫方面的分子作用機制。這些研究成果能夠為辣椒的耐寒性分子育種提供理論依據和基因資源，有利于破解辣椒產業亟待解決的抗逆性難題，對辣椒產業持續穩定發展具有重要的理論與應用價值。
“我們的研究發現，CaNAC035啟動的植物體內脫落酸含量調控網絡，能夠提高辣椒的耐寒性。但是在這一調控網絡中仍有很多未知的部分值得深入研究。”陳儒鋼說。
他表示，團隊將以此為基礎，進一步研究上游調控基因及互作蛋白，深入闡明調控辣椒耐寒性的分子機理，為今后利用基因編輯手段進行分子育種提供理論支撐，并創制耐寒辣椒新種質，育成耐寒辣椒新品種，以解決耐寒辣椒品種匱乏的問題。（李晨 周天弘）
驚蟄過后，辣椒進入了育苗期。西北農林科技大學園藝學院教授陳儒鋼對去年夏季新疆辣椒的減產仍然耿耿于懷。
去年5月6日，正值立夏節氣，新疆多地出現罕見降雪，部分地區近60年來首次遭遇“五月飛雪”。降雪、降溫對新疆的辣椒生產造成重大損失，使之至少減產30%~40%。
如何讓起源于亞熱帶地區的辣椒不怕冷？陳儒鋼團隊多年來一直專注于辣椒抗寒機制研究，并取得了多項進展。最近，該團隊發現了一個轉錄因子CaNAC035，可讓辣椒不再怕冷。相關成果在線發表于《植物雜志》和《園藝學研究》。
辣椒的前世今生
辣椒為一年生或多年生草本植物，栽培歷史悠久，遺傳多樣性豐富，野生、栽培種質資源多，是全球消費量最大的辛辣調味品。
大約7500—8000年前，辣椒從年降雨量不到500毫米的南美洲玻利維亞中南部起源。“這一帶屬于亞熱帶無霜區、半干旱氣候，所以到現在辣椒都屬于喜溫蔬菜，這從祖上基因就已經注定了。”論文通訊作者陳儒鋼告訴《中國科學報》。
早期，辣椒依靠飛鳥傳播種子，生長區域從發源地玻利維亞逐漸擴大到南美洲、中美洲，再到北美洲西南部，在不同生態區進化產生10多個近緣野生種和約20個非近緣野生種。
陳儒鋼介紹，雖然辣椒傳入我國只有400多年，但產業發展十分迅速。目前，辣椒是我國種植面積最大的蔬菜和消費量最大的辛辣調味品，年種植面積穩定在210萬公頃以上，總產量達6400萬噸，占全國蔬菜總播種面積的8%~10%。
然而，每年的雨雪、超級寒潮、倒春寒等極端低溫冷害天氣，嚴重影響了辣椒的生長及椒農的生產效益。例如，2020年12月，受“霸王級”寒潮的影響，福建大面積的線椒幾乎一夜之間全部被凍死，農民遭受了嚴重的經濟損失。
“挖掘辣椒優異抗寒基因并解析其調控機理，能夠為辣椒的抗寒分子育種提供理論依據和基因資源，這對辣椒產業持續穩定發展具有重要的理論與應用價值，同時，在保障蔬菜周年均衡供應和豐富飲食口味方面也能發揮重要作用。”陳儒鋼說。
辣椒為何如此怕冷
陳儒鋼課題組發現，辣椒的抗寒性是受多基因控制的復雜性狀，涉及的基因調控途徑非常多，還會與其他環境脅迫因子發生交叉作用，從而導致傳統育種方法在改良作物抗寒性方面受到限制，也使通過轉入單個抗寒功能基因來獲得作物的高抗寒性有較高的難度。
不過，他們轉變思路發現，轉錄因子作為分子開關可以與基因啟動子區域的順式作用元件結合，直接調節下游功能基因的表達，還可以通過調控其他轉錄因子的表達進而影響下游一系列功能基因的表達。于是，他們設想，通過生物技術使一個特定轉錄因子在作物體內過量表達或沉默，從而提高植株綜合抗逆性。
論文第一作者、西北農林大學園藝學院博士生張華鋒介紹，前期他們圍繞辣椒NAC轉錄因子家族做了大量工作，并在辣椒基因組中鑒定出112個CaNAC成員。
通過分類，課題組研究發現，CaNAC035基因受低溫強烈誘導，并且在抗寒辣椒材料中的表達量顯著高于在不抗寒辣椒材料中的表達量。
同時，該基因還受脫落酸強烈誘導表達。脫落酸是一種重要的植物激素，在植物的脅迫耐受性和抗性中發揮重要作用。在脅迫條件下，脫落酸會調控植物關閉氣孔。通過研究植物氣孔開放和閉合的規律，可以從另一個角度研究植物的逆境脅迫現象。
陳儒鋼團隊進一步通過正反兩方面功能驗證發現，該基因表達量降低后，辣椒植株抗寒性降低；而在辣椒中超量表達該基因后，植株的抗寒性增強。
通過進一步研究，他們發現低溫脅迫誘導CaNAC035基因啟動下游基因表達，提高植物體內脫落酸的含量，進而提高植株的抗寒性。
繼續“不怕冷”的研究
“CaNAC035基因在辣椒低溫脅迫中具有重要的抗寒功能，一旦控制了這個轉錄因子，將有可能大大提高辣椒的抗寒能力，使其不再懼怕天寒地凍，進而擴大辣椒的種植范圍、延長栽培時間。”張華鋒說。
華中農業大學教授張俊紅評價說，該研究明確了轉錄因子CaNAC035在辣椒低溫脅迫中的功能，并闡明了其在冷應激耐受性中的正調節作用。該團隊同時發現了該轉錄因子在調控辣椒冷脅迫方面的分子作用機制。這些研究成果能夠為辣椒的耐寒性分子育種提供理論依據和基因資源，有利于破解辣椒產業亟待解決的抗逆性難題，對辣椒產業持續穩定發展具有重要的理論與應用價值。
“我們的研究發現，CaNAC035啟動的植物體內脫落酸含量調控網絡，能夠提高辣椒的耐寒性。但是在這一調控網絡中仍有很多未知的部分值得深入研究。”陳儒鋼說。
他表示，團隊將以此為基礎，進一步研究上游調控基因及互作蛋白，深入闡明調控辣椒耐寒性的分子機理，為今后利用基因編輯手段進行分子育種提供理論支撐，并創制耐寒辣椒新種質，育成耐寒辣椒新品種，以解決耐寒辣椒品種匱乏的問題。（李晨 周天弘）
本文鏈接：這個因子讓辣椒不再怕冷http://www.sq15.cn/show-2-3894-0.html
聲明：本網站為非營利性網站，本網頁內容由互聯網博主自發貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網聯系，我們將在第一時間刪除處理。
下一篇： 新型儲能進入大規模發展期