Plant Physiol | 湖南农业大学邹学校院士团队欧立军教授课题组揭示辣椒果实中辣椒红素合成的调控新机制

辣椒红素是在辣椒（Capsicum spp.）中发现的一种天然红色素，是辣椒果实呈现红色的物质基础，对辣椒果实的外观和品质至关重要。因其着色能力强、对人体安全而被广泛应用于食品加工、化妆品和制药业等领域。辣椒果实是辣椒红素提取的主要工业原料，选育高辣椒红素含量的辣椒品种对辣椒红素产业发展具有重要意义。辣椒果实在发育到转色期时，辣椒红素/辣椒玉红素合成酶（CCS）被激活，能够催化花药黄质和紫黄质分别合成辣椒红素和辣椒玉红素。CCS是辣椒红素生物合成的最后一个酶，研究发现其转录水平与辣椒红素含量正相关。CCS基因被报道已有30多年，且近些年不同CCS变异类型被反复报道，然而CCS的上游调控基因仍缺乏深入研究。

近日，湖南农业大学邹学校院士团队欧立军教授课题组在Plant Physiology在线发表了题为“The MADS-RIPENING INHIBITOR–DIVARICATA1 module regulates carotenoid biosynthesis in nonclimacteric Capsicum fruits”研究论文，揭示了MADS-RIN–DIVARICATA1模块协同调控辣椒果实中辣椒红素生物合成的新机制。

该研究通过选择三种不同转色类型的辣椒（幼果时分别为乳白色、紫色和绿色，成熟后均为红色），基于加权基因共表达网络分析（WGCNA）从转录水平鉴定到一个与CCS表达高度相关的MADS-box转录因子MADS-RIN。MADS-RIN是跃变型果实番茄成熟过程的重要调节因子，能够调节乙烯合成、类胡萝卜素生物合成等生物学过程。通过病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术证明了MADS-RIN能够正调控辣椒红素生物合成；进一步研究发现，MADS-RIN可以直接与类胡萝卜素生物合成基因PSY1和CCS的启动子以及转录因子DIVARICATA1的启动子结合以激活它们的表达，从而直接或间接调节类胡萝卜素生物合成。MADS-RIN和DIVARICATA1之间的物理相互作用增强了对PSY1和CCS的反式激活作用。MADS-RIN的自反式激活表明了它在特定条件下有加速上述过程的能力。同时，染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）揭示了MADS-RIN在番茄（跃变型）和辣椒（非跃变型）果实中潜在靶标的一致性和差异性，表明MADS-RIN在调节成熟和类胡萝卜素代谢方面的潜在保守和变异。

综上所述，该研究阐明了MADS-RIN–DIVARICATA1模块在辣椒中辣椒素生物合成中的调控机制，为培育高辣椒红素含量辣椒提供了靶点，为MADS-RIN在跃变型/非跃变型果实成熟和类胡萝卜素生物合成中的复杂机制提供了见解。

南京农业大学在读博士生王迎港（邹学校院士和侯喜林教授联合培养博士生）为论文第一作者，欧立军教授、刘周斌副教授和邹学校院士为论文共同通讯作者。湖南农业大学在读博士生李新慧、在读硕士生邱慧霞、陈儒婷，王佩之副教授、杨博智教授、杨莎副教授、索欢实验师、于会洋博士，南京农业大学侯喜林教授、熊爱生教授、徐志胜副教授，西北农林科技大学陈儒钢教授也参与了本项研究。本研究得到国家自然科学基金区域创新发展联合基金和国家现代农业产业技术体系的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf013