線辣椒成熟果色黃色性狀遺傳規(guī)律

李全輝,鞏振輝

(1.青海大學(xué) 農(nóng)林科學(xué)院，青海省遺傳與生理重點實驗室，西寧 810016；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西楊凌 712100)

辣椒(CapsicumannuumL.)是全世界范圍廣泛栽培的蔬菜作物之一。辣椒成熟果實顏色豐富多彩，是辣椒商品品質(zhì)的重要指標之一，歷來受到育種家的重視，目前已經(jīng)選育出紅色、橙色、黃色、乳白色、紫色等各種不同顏色的辣椒新品種。

辣椒不同果實顏色是由果實成熟時積累的不同類胡蘿卜素類型及含量形成的[1]，同時辣椒果實含有的各種色素也有重要保健及經(jīng)濟價值，如葉綠素、花青苷和類胡蘿卜素已經(jīng)證明具有清除人體自由基、提高免疫力和有一定的抗癌作用[2-3]，此外，辣椒顏色特別是辣椒紅素作為來自自然源的食品添加，越來越受到研究人員的重視[4]，了解辣椒果實顏色的遺傳規(guī)律，有助于有目的地調(diào)控類胡蘿卜素的生物合成，對于改善辣椒果實品質(zhì)，提高其商品價值具有重要的意義。

在辣椒果實顏色遺傳方面，早期研究認為成熟果實顏色紅色對黃色顯性，單基因控制，并用符號y表示，y+表示紅色、顯性，y表示黃色、隱性[5]。Smith[6]認為綠色成熟果實中仍有葉綠素的存在，并將該基因命名為cl，認為是葉綠素沉積基因，與y+(紅色)或y(黃色)組合，分別產(chǎn)生棕色或橄欖綠色的成熟果實。Kormos等[7]在研究辣椒紅色和白色成熟果實顏色遺傳時，認為由3對獨立的基因y、c1、c2相互作用控制辣椒不同顏色成熟果實的形成，并認為c1和c2是辣椒屬果實顏色形成過程中類胡蘿卜素的抑制因子。Hernandez等[8]對辣椒成熟果實紅色和白色品種進行遺傳分析，確認了辣椒成熟果實顏色遺傳受3對相互獨立的基因y、c1和c2控制。此后，用不同遺傳背景的辣椒成熟果實紅色和白色品種雜交后代群體進行遺傳分析時[9-11]，雖然認同辣椒成熟果實顏色的形成是由3對獨立的基因控制的理論，但成熟果實顏色的基因型與表現(xiàn)型并不完全符合Hernandez等提出的遺傳模型，指出可能是由于試驗所使用的辣椒種質(zhì)資源不同，導(dǎo)致雜交群體的遺傳背景不同，并最終影響成熟果實顏色的分離。

本研究以線辣椒黃色突變體H0809為母本，以野生型XHB(紅色)及高代自交系CP1211-1、CP12332-5、CP1235-11、CP1245-6、CP1256-10、CP1271-3為父本，構(gòu)建辣椒不同果實顏色遺傳分離群體，對辣椒紅色和黃色果實顏色遺傳規(guī)律進行研究，以進一步闡釋辣椒黃色果實形成的遺傳機制，同時為不同辣椒果實顏色新品種選育、相關(guān)基因的定位、克隆以及早期分子標記輔助育種提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以線辣椒黃色突變體H0809為母本材料，野生型HXB(紅色)及其紅色高代自交系CP1211-1、CP12332-5、CP1235-11、CP1245-6、CP1256-10和CP1271-3為父本材料，雜交組合CP1211-1×H0809、CP1232-5×H0809、CP1235-11×H0809、CP1245-6×H0809、CP1256-10×H0809、CP1271-3×H0809和XHB×H0809的F1代和F2代分離群體用于辣椒果實遺傳規(guī)律研究。

1.2 試驗方法

試驗材料于2014-03-10在青海省農(nóng)林科學(xué)院園藝所試驗溫室播種，5月10日定植,采用起壟栽培，壟寬40 cm，高10～15 cm，壟間距70 cm，小區(qū)面積10 m2，采用雙行錯位定植法，同行株距為30～40 cm。每壟保苗50～60株，試驗地周邊設(shè)2行以上保護行。每個親本及F1代種植一壟，F(xiàn)2代分離群體的種子全部種植，采用常規(guī)田間管理措施。

1.3 數(shù)據(jù)分析

在辣椒果實成熟期調(diào)查親本、F1和F2代分離群體各單株的果實顏色性狀，采用 EXCEL 2016和DPS 9.50軟件進行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本與F1代果實成熟色表現(xiàn)

以線辣椒黃色突變體H0809為母本，與其他7份紅色果實成熟色的材料配制雜交組合，對其F1代群體果實成熟色進行調(diào)查，結(jié)果見表1。從表1可以看出，母本材料H0809果實成熟色表現(xiàn)為黃色，7個父本材料的果實成熟色均表現(xiàn)紅色，獲得的7個F1代群體的果實成熟色均表現(xiàn)紅色，辣椒果實顏色性狀未產(chǎn)生分離現(xiàn)象，表明線辣椒果實成熟色紅色對黃色為顯性，這與前人的研究結(jié)果一致。

2.2 F2代分離群體果實顏色性狀調(diào)查

在果實成熟期，對上述7個雜交組合的F2代分離群體(群體數(shù)量80～120株)的各單株果實顏色進行調(diào)查。

將上述7個雜交組合的F2代分離群體(群體數(shù)量80～120株)，在果實成熟期對各個單株果實顏色進行調(diào)查。可以看出，不同組合F2代分離群體果實顏色性狀表現(xiàn)出明顯分離，主要表現(xiàn)為紅色、黃色和極少數(shù)橙黃色果實(圖1)。由于橙黃色和黃色在田間表現(xiàn)非常細微，因此在分析時都將其視為黃色，Kim等[12]對辣椒果實顏色進行遺傳分析時也采取同樣措施。進而將F2代分離群體的果實顏色分為2類：紅色和黃色，表現(xiàn)為質(zhì)量性狀特性。并對7個不同組合F2代單株果實顏色進行統(tǒng)計，結(jié)果見圖2。

表1 親本及F1代果實成熟色Table 1 Mature fruit color of parents and F1 generation

注：Y表示黃色，R表示紅色。

Note:Y stands for yellow,R stands for red.

2.3 卡方檢驗

3 結(jié)論與討論

在紅色和黃色辣椒果實顏色的遺傳方面，多數(shù)學(xué)者都認為是單基因控制的質(zhì)量性狀，且紅色為顯性。Huh 等[13]利用紅色辣椒TF68 和橙色辣椒Habanero 雜交，F(xiàn)1表現(xiàn)為紅色，F(xiàn)2代紅色和橙色3∶1 分離，Kim等[12]對100株F9重組自交系的果實顏色性狀進行分析，結(jié)果紅色和橙色植株的比例也符合3∶1的分離比例，本研究通過不同遺傳分離群體果實顏色性狀的統(tǒng)計分析，也進一步證實了以上結(jié)論。

圖1 部分親本及F2代群體果實顏色Fig.1 Partial parents and F2 population fruit color

圖2 不同組合F2群體單株的果實顏色直觀圖Fig.2 Visual color chart of the fruits of F2individuals in different combinations

在辣椒果實成熟過程中，存在4 個主要基因決定果實顏色，分別是控制成熟果實黃色基因y，類胡蘿卜素抑制基因c1和c2，以及葉綠素沉積基因cl。y、c1、c2和cl及其等位基因的不同組合，控制了辣椒成熟果實顏色的形成[14]。Lefebvre 等[15]認為，Ccs可能是y基因；也有研究結(jié)果表明，CCS基因啟動子區(qū)域的變異，導(dǎo)致不同栽培種辣椒色素積累水平的差異[16]；Laura等[17]的研究結(jié)果表明，部分辣椒材料有野生型的CCS基因，但是一些種類的轉(zhuǎn)錄調(diào)控阻止CCS的表達，使果實呈現(xiàn)橙色，因此，他們認為辣椒果色受多種水平調(diào)節(jié)，非結(jié)構(gòu)基因或許控制著果色的形成。c2位點可能調(diào)控辣椒橙色果色的形成，并與PSY基因連鎖[13]； Kim 等[12]也證實橙色果實中PSY基因的移碼突變使八氫番茄紅素合成酶活性受損，導(dǎo)致該突變體果實呈橙色； Lang 等[18]認為在紅色與橙色果中均檢測到PSY基因，他們推斷PSY基因不是造成果實紅色與橙色差異的主要原因。c1位點基因可能具有修飾y和c2位點基因的作用[19]，但尚未見到相關(guān)基因克隆的報道。cl位點與CaSGR基因密切相關(guān)。通常辣椒果實中葉綠素隨著果實的成熟逐漸降解，CaSGR基因發(fā)生突變的辣椒，果實成熟過程中葉綠素降解受到抑制，成熟果實因同時含葉綠素和紅色類胡蘿卜素(或黃色類胡蘿卜素)而呈褐色(或綠色)[20-21]，但關(guān)于CaSGR基因通過何種機制降解葉綠素還不清楚。

截至目前，已經(jīng)克隆了幾種參與辣椒果實中類胡蘿卜素生物合成途徑的關(guān)鍵酶基因，并報道了相應(yīng)的基因序列。然而，關(guān)于該生物合成途徑分子調(diào)控機制的研究信息非常有限。因此，進一步分析其分子調(diào)控機制，對全面闡述辣椒果實顏色形成及辣椒果色育種具有重要的理論及實際意義。

表2 F2代群體果實顏色分離單株卡方檢驗Table 2 Chi square test of pepper fruit color