辣椒響應(yīng)低溫脅迫的研究進(jìn)展

摘要：辣椒是一種十分重要的蔬菜作物和調(diào)味品，因其具有獨(dú)特的辛辣味和豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而深受人們的喜愛(ài)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近年來(lái)隨著消費(fèi)需求的增加，辣椒的種植面積也在不斷擴(kuò)增，但是辣椒的產(chǎn)量常常受到外界環(huán)境的影響。辣椒是喜溫性蔬菜作物，低溫脅迫嚴(yán)重限制其生長(zhǎng)和發(fā)育，制約了辣椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。辣椒遭受低溫脅迫時(shí)，通過(guò)多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)耐冷相關(guān)基因的表達(dá)，提高植株的耐冷性。因此，提高辣椒的耐低溫性，挖掘辣椒低溫脅迫響應(yīng)基因，剖析辣椒低溫脅迫響應(yīng)基因的作用機(jī)制，對(duì)培育耐低溫脅迫辣椒品種具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。從辣椒響應(yīng)低溫脅迫的組學(xué)機(jī)制、關(guān)鍵基因以及提高辣椒的抗冷性措施等方面進(jìn)行綜述，初步闡述了辣椒低溫脅迫響應(yīng)基因及其作用機(jī)制，探討了該領(lǐng)域研究中存在的問(wèn)題和今后研究的重點(diǎn)，以期為進(jìn)一步揭示辣椒響應(yīng)低溫脅迫的分子調(diào)控機(jī)制及耐寒品種的選育提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：辣椒；低溫脅迫；組學(xué)機(jī)制；響應(yīng)基因；進(jìn)展

中圖分類(lèi)號(hào)：S641.301" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2025）04-0008-08

收稿日期：2024-03-22

基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號(hào)：232102110260）。

作者簡(jiǎn)介：張 蓓（1994—），女，河南鄭州人，碩士，研究實(shí)習(xí)員，主要從事蔬菜種質(zhì)資源與遺傳育種研究。E-mail：1141209419@qq.com。

通信作者：任福森，研究員，主要從事蔬菜育種研究。E-mail：renfusen@126.com。

溫度是限制植物生長(zhǎng)的主要環(huán)境因素之一，極端溫度條件對(duì)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育產(chǎn)生持續(xù)的負(fù)面影響，導(dǎo)致代謝紊亂，降低植物的產(chǎn)量和品質(zhì)［1］。辣椒是一種富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的蔬菜作物，除鮮食外還可作為調(diào)味品和觀賞植物［2］。辣椒原產(chǎn)于美洲熱帶地區(qū)，極易受寒冷溫度的影響，屬于冷敏性植物。辣椒植株在21～27 ℃生長(zhǎng)良好，在12 ℃以下生長(zhǎng)減緩，持續(xù)低于12 ℃時(shí)可能受害，低于5 ℃植株易遭冷害死亡，因此在北方設(shè)施生產(chǎn)中對(duì)溫度的控制較為嚴(yán)格。低溫脅迫是辣椒最嚴(yán)重的非生物脅迫之一，是全球辣椒產(chǎn)業(yè)的主要制約因素，威脅著作物生產(chǎn)和糧食安全［3-4］。低溫脅迫通過(guò)直接抑制代謝反應(yīng)和間接產(chǎn)生滲透脅迫和氧化脅迫，降低光合作用，抑制根、莖、葉的新陳代謝，從而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。辣椒對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)是一個(gè)多因素的機(jī)制，涉及不同的生理、基因組和代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們已對(duì)辣椒的低溫抗性及耐冷性表現(xiàn)開(kāi)展了很多研究。早期的研究主要著重于低溫環(huán)境下辣椒的生理生化響應(yīng)，隨后進(jìn)行了辣椒低溫抗性的基因表達(dá)、分子育種以及組學(xué)研究。

鑒于此，筆者通過(guò)對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在辣椒響應(yīng)低溫脅迫方面取得的研究成果進(jìn)行梳理總結(jié)，并對(duì)現(xiàn)階段研究中的不足及重點(diǎn)提出相關(guān)展望，以期為緩解低溫對(duì)辣椒的危害提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 組學(xué)機(jī)制研究

隨著辣椒基因組測(cè)序的完成，已有不少學(xué)者利用高通量測(cè)序手段從組學(xué)水平挖掘出新的低溫響應(yīng)基因、蛋白質(zhì)和代謝物，為深入了解辣椒低溫響應(yīng)機(jī)制以及培育耐冷性品種提供理論支撐。

1.1 蛋白質(zhì)組

為了解油菜素內(nèi)酯（BR）緩解辣椒冷脅迫的分子機(jī)制，利用iTRAQ技術(shù)，在低溫（Chill）和Chill+2，4-表油菜素內(nèi)酯（EBR）處理中鑒定出346個(gè)差異表達(dá)蛋白（DEP），包括217個(gè)上調(diào)蛋白和129個(gè)下調(diào)蛋白。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，EBR可通過(guò)增加能量供應(yīng)、增強(qiáng)活性氧的清除能力、減少細(xì)胞損傷、加速低溫脅迫下辣椒幼苗的新陳代謝，從而提高辣椒幼苗的耐冷性［5］。低溫貯藏能有效延長(zhǎng)采后果實(shí)壽命，但也容易使果實(shí)發(fā)生冷害。對(duì)照組和冷藏果實(shí)的蛋白質(zhì)組學(xué)比較分析表明，冷害（CI）誘導(dǎo)的甜椒果實(shí)主要變化與氧化還原穩(wěn)態(tài)和碳水化合物代謝有關(guān)。此外，烯醇化酶和GAPDH可能是在冷害發(fā)生中起關(guān)鍵作用的蛋白［6］。新的研究表明，利用茉莉酸甲酯（MeJA）處理，能夠通過(guò)抑制MYC2-JA信號(hào)通路，增強(qiáng)抗壞血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循環(huán)，減輕膜脂損傷，抑制細(xì)胞壁解聚，激活CMAT-CBF-ICE途徑，從而減輕甜椒果實(shí)冷害［7］。此結(jié)果說(shuō)明，植物激素能夠緩解辣椒的冷害程度，增強(qiáng)其對(duì)冷脅迫的耐受性。

有學(xué)者利用蛋白質(zhì)組學(xué)和乙?；M學(xué)對(duì)2種不同抗寒水平的辣椒品種進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)PSⅡ光系中PsbO和PsbR蛋白以及PSⅠ光系中PsaN蛋白的乙酰化可以調(diào)控辣椒葉片對(duì)冷脅迫的響應(yīng)，碳同化關(guān)鍵酶（如核酮糖二磷酸羧化酶）的乙?；浇档?，導(dǎo)致碳同化能力和光合效率降低，降低了辣椒葉片的耐冷性［8］。隨后，又有學(xué)者對(duì)不同抗寒水平的青椒果實(shí)進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)甘油二酯激酶、β-葡萄糖苷酶、抗壞血酸過(guò)氧化物酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶和關(guān)鍵代謝產(chǎn)物硬脂四烯酸、植物鞘氨醇、海藻糖、四氫葉酸等的豐度差異對(duì)青椒的耐寒性起關(guān)鍵作用。另外，耐冷甜椒品種 cv.130 表現(xiàn)出的冷藏耐受性與其他代謝物對(duì)膜脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)有關(guān)，包括可溶性糖、抗氧化劑和多酚的水平［9］。

1.2 轉(zhuǎn)錄組

轉(zhuǎn)錄組分析能快速、高通量檢測(cè)參與逆境脅迫應(yīng)答的差異基因，是植物逆境生物學(xué)研究的重要手段。適當(dāng)施用植物激素能提高辣椒的耐冷性，對(duì)低溫冷藏并用50 μmol/L MeJA作為乙烯反應(yīng)抑制劑處理的辣椒進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析。MeJA處理上調(diào)了辣椒中與脅迫響應(yīng)相關(guān)的過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶基因，以及乙烯信號(hào)因子中的乙烯響應(yīng)因子（ERF）家族和MAP激酶。此外，MeJA還上調(diào)了辣椒長(zhǎng)期冷藏過(guò)程中ERF和JA生物合成基因的表達(dá)?？傊?，MeJA能夠使辣椒響應(yīng)冷脅迫和乙烯信號(hào)，有助于防止冷害［10］。對(duì)低溫冷藏的辣椒進(jìn)行EBR處理，分析未處理和處理的辣椒在低溫冷藏下轉(zhuǎn)錄組的變化，發(fā)現(xiàn)有656個(gè)差異表達(dá)基因?yàn)镋BR誘導(dǎo)的冷響應(yīng)基因，功能富集分析發(fā)現(xiàn)BR在轉(zhuǎn)錄水平上通過(guò)轉(zhuǎn)錄活性、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝穩(wěn)態(tài)的組合來(lái)誘導(dǎo)辣椒對(duì)冷脅迫的耐受性［11］。

對(duì)不同低溫貯藏條件下的甜椒果實(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，甜椒果實(shí)冷害過(guò)程中編碼41個(gè)家族轉(zhuǎn)錄因子的250個(gè)轉(zhuǎn)錄因子（TF），主要集中在生物膜穩(wěn)定性、脫水和滲透調(diào)節(jié)以及植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程，主要包括AP2/ERF、MYB、NAC、C2H2、WRKY、HB-HD-ZIP和bHLH轉(zhuǎn)錄因子，其中90個(gè)上調(diào)和160個(gè)下調(diào)［12］。對(duì)甜椒幼苗的莖稈在冷脅迫下的轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，差異表達(dá)基因（DEG）參與催化活性、對(duì)溫度刺激的反應(yīng)、氧化還原酶活性、應(yīng)激反應(yīng)、磷酸鹽離子轉(zhuǎn)運(yùn)和對(duì)脫落酸的反應(yīng)。KEGG通路分析發(fā)現(xiàn)，上調(diào)表達(dá)的DEG與類(lèi)黃酮生物合成、生物堿生物合成和植物晝夜節(jié)律途徑有關(guān)；而下調(diào)的DEG與絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)和植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有關(guān)［13］。以耐冷（CT）和冷敏（CS）辣椒為材料，在冷-復(fù)溫處理下進(jìn)行生理指標(biāo)和轉(zhuǎn)錄組分析，在冷處理期間，CT和CS分別觀察到7 333、5 953個(gè)DEG，這些DEG顯著富集在與光合作用、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和DNA損傷修復(fù)相關(guān)的通路中，主要有ERF、bHLH、MYB、NAC等轉(zhuǎn)錄因子，其中ERF是最大的轉(zhuǎn)錄因子家族［14］。這些研究結(jié)果為進(jìn)一步揭示辣椒耐冷性提供了豐富的基因資源。

1.3 代謝組

利用轉(zhuǎn)錄組和代謝組分析了冷敏（XS）和耐冷（GZ）辣椒品種對(duì)冷脅迫的響應(yīng)，分析表明DEG主要參與氨基酸生物合成、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和MAPK信號(hào)通路，DEG主要為游離多胺（PAs）、植物激素和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。此外，辣椒響應(yīng)低溫脅迫的主要途徑是由 ICE-CBF-COR（冷調(diào)節(jié)）途徑、Ca2+ 信號(hào)、MAPK 信號(hào)和活性氧 （ROS） 信號(hào)的調(diào)節(jié)介導(dǎo)的［15］。采用轉(zhuǎn)錄組和代謝組分析來(lái)評(píng)估耐冷和冷敏辣椒品種的冷應(yīng)激反應(yīng)，富集分析表明，DEG主要與MAPK信號(hào)通路、激素信號(hào)通路以及初級(jí)和次級(jí)代謝相關(guān)。此外，在冷脅迫6 h后，鑒定出21種顯著差異積累的代謝物。綜合分析顯示，54個(gè)與代謝物相關(guān)的基因富集在5個(gè)不同的通路中。在寒冷脅迫下，參與碳水化合物代謝、TCA循環(huán)和類(lèi)黃酮生物合成途徑的大多數(shù)基因和代謝物在耐冷辣椒中上調(diào)表達(dá)［4］。將耐冷和冷敏品種的辣椒果實(shí)進(jìn)行冷處理后，對(duì)其種子進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組-代謝組整合分析，發(fā)現(xiàn)3 140個(gè)DEG，主要與茉莉酸合成和信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)，其中，CaERF1/3 _ 1/5/10是對(duì)耐冷辣椒基因型耐冷性有積極貢獻(xiàn)的關(guān)鍵基因，而CaDREB3和CaERF11是負(fù)調(diào)控冷敏感辣椒基因型耐冷性的關(guān)鍵基因。因此，茉莉酸合成和信號(hào)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以及ERF家族基因的調(diào)控可能有助于辣椒果實(shí)的冷響應(yīng)［16］。這些研究為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)耐冷型辣椒品種提供了信息，為提高辣椒采后果實(shí)品質(zhì)提供了依據(jù)。

2 響應(yīng)低溫脅迫的關(guān)鍵基因

2.1 轉(zhuǎn)錄因子

轉(zhuǎn)錄因子在植物低溫響應(yīng)信號(hào)通路中起著核心作用，在此過(guò)程中它們可以直接或間接調(diào)控下游一系列相關(guān)基因的表達(dá)，使植物適應(yīng)低溫逆境。目前，已經(jīng)在擬南芥、番茄等模式植物中鑒定了許多參與低溫應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子。而在現(xiàn)有的研究中，參與辣椒低溫脅迫的主要轉(zhuǎn)錄因子有AP2/ERF、MYB、NAC、bHLH、WRKY等。

2.1.1 AP2/ERF 轉(zhuǎn)錄因子

AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子家族是與冷脅迫相關(guān)的最重要的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，與其他轉(zhuǎn)錄因子家族，如MYB、NAC、bHLH和bZIP相互關(guān)聯(lián)，以增強(qiáng)冷脅迫耐受性［17］。AP2/ERF是一個(gè)龐大的家族，分為 AP2、ERF、RAV 和DREB等4個(gè)亞家族，與植物低溫脅迫關(guān)系密切的是ERF和DREB這2個(gè)亞家族。

ERF轉(zhuǎn)錄因子主要參與植物應(yīng)對(duì)非生物脅迫的多條信號(hào)途徑，如 ABA（脫落酸）、乙烯、茉莉酸等。辣椒CaERF109基因的表達(dá)受低溫誘導(dǎo)，可能參與辣椒低溫脅迫應(yīng)答［18］。在辣椒中沉默CaERF043后，植物體內(nèi)丙二醛（MDA）含量增加，葉綠素含量及低溫防御相關(guān)基因的表達(dá)量下降，降低了植株對(duì)低溫抗性［19］。CaPF1是一個(gè)新的ERF蛋白，其過(guò)表達(dá)通過(guò)激活涉及PR和COR基因表達(dá)的信號(hào)通路，從而提高轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的耐凍性［20］。進(jìn)一步研究表明，CaPF1受乙烯、茉莉酸甲酯等激素以及鹽、低溫、甘露醇等脅迫的誘導(dǎo)表達(dá)，異源表達(dá)CaPF1能夠增強(qiáng)擬南芥對(duì)病原菌（P.syringae pv.tomato DC3000）以及凍害（-6 ℃）的抗性。同時(shí)，馬鈴薯中異源表達(dá)CaPF1基因顯著提高了其對(duì)低溫、高溫、重金屬等非生物逆境因子的抗性［21］。

DREB又稱(chēng)CBF，在植物冷響應(yīng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中起著“分子開(kāi)關(guān)”的作用。辣椒CaCBF1A和CaCBF1B是受低溫脅迫誘導(dǎo)產(chǎn)生的，當(dāng)植株恢復(fù)到25 ℃時(shí)，其轉(zhuǎn)錄水平在40 min內(nèi)顯著下降，長(zhǎng)期暴露于低溫時(shí)CaCBF1A和CaCBF1B則持續(xù)表達(dá)［22-23］。異源過(guò)表達(dá)甜椒CfCBF3導(dǎo)致脂肪酸不飽和度增加，減輕了低溫脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因煙草植株的傷害［24］。而且，CaCBF1A、CaCBF1B和CfCBF3均通過(guò)非ABA依賴(lài)途徑參與辣椒的冷響應(yīng)。有報(bào)道稱(chēng)，在中國(guó)辣椒基因組中鑒定獲得8個(gè)CBF基因家族轉(zhuǎn)錄因子，并且8個(gè)CBF基因?qū)Φ蜏孛{迫均有不同程度的響應(yīng)［25］。

2.1.2 MYB 轉(zhuǎn)錄因子

MYB轉(zhuǎn)錄因子作為植物中數(shù)量最多的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，是控制植物發(fā)育、代謝和響應(yīng)生物、非生物脅迫的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵因子［26］。有報(bào)道稱(chēng)，從辣椒基因組中篩選到172個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子，根據(jù)MYB結(jié)構(gòu)域重復(fù)數(shù)，將辣椒MYB分為1R、2R（R2R3）、3R、6R等不同類(lèi)型，其中，R2R3型居多，6R亞組為辣椒所特有［27］。有研究發(fā)現(xiàn)辣椒CaMYB為R2R3-MYB類(lèi)型，其轉(zhuǎn)錄水平被NaCl、甘露醇、低溫脅迫和ABA明顯上調(diào)，早期還受 H2O2誘導(dǎo)［28］。CaMYB306過(guò)表達(dá)植株對(duì)冷脅迫更敏感，抗氧化能力更低。CaMYB306通過(guò)抑制抗氧化防御系統(tǒng)和抑制抗寒性正調(diào)控因子CaCIPK13的轉(zhuǎn)錄活性，在低溫響應(yīng)中發(fā)揮負(fù)調(diào)控作用［29］。同樣，CaMYB340在辣椒果實(shí)耐冷性中也充當(dāng)負(fù)調(diào)節(jié)因子，其負(fù)調(diào)控FA（脂肪酸）去飽和度和CaCBF3的表達(dá)，受低溫（4 ℃）誘導(dǎo)。在低溫條件下，瞬時(shí)過(guò)表達(dá)CaMYB340降低了不飽和脂肪酸含量和膜流動(dòng)性，導(dǎo)致冷誘導(dǎo)的辣椒果皮質(zhì)地變差。瞬時(shí)沉默CaMYB340增加了FA去飽和度并降低了電解質(zhì)滲漏，增強(qiáng)了果實(shí)的耐冷性［30］。

2.1.3 NAC轉(zhuǎn)錄因子

NAM、ATAF1/2和CUC2（NAC）蛋白是植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，在調(diào)控植物逆境響應(yīng)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄重編程中發(fā)揮重要作用［31］。有研究對(duì)辣椒中的CaNAC基因家族進(jìn)行了綜合分析，共鑒定出104個(gè)CaNAC基因［32］。據(jù)報(bào)道，CaNAC064和CaNAC035都正調(diào)控辣椒的耐冷性。在擬南芥中過(guò)表達(dá)CaNAC064增強(qiáng)了植物的耐冷性，而在辣椒中沉默CaNAC064的表達(dá)則降低了植物的耐冷性。此外，CaNAC064在植物細(xì)胞中與低溫誘導(dǎo)的單倍體蛋白酶蛋白相互作用［33］。而CaNAC035的表達(dá)不僅可以由低溫誘導(dǎo)，還受高溫、滲透脅迫、鹽、赤霉酸（GA）、MeJA、水楊酸（SA）和ABA誘導(dǎo)。沉默CaNAC035基因的辣椒植株在低溫、NaCl和甘露醇處理后，受到的傷害均大于對(duì)照辣椒植株。低溫處理后，相對(duì)應(yīng)的電解質(zhì)滲漏增加，MDA、H2O2和超氧自由基水平較高［34］。有研究表明，低溫（4 ℃）誘導(dǎo)了CaPLDα4和CaNAC1轉(zhuǎn)錄本的強(qiáng)烈積累，并且CaNAC1直接正向調(diào)控CaPLDα4的轉(zhuǎn)錄，從而參與低溫脅迫下膜脂的降解［35］。另外，CaNAC2基因受低溫、高鹽、ABA誘導(dǎo)，表明該基因通過(guò)ABA信號(hào)參與對(duì)冷、鹽脅迫的響應(yīng)。與對(duì)照植株相比，CaNAC2基因沉默增強(qiáng)了植株對(duì)冷脅迫的敏感性，但延緩了鹽脅迫下葉綠素的降解［36］。

2.1.4 bHLH轉(zhuǎn)錄因子

近年來(lái)，一些研究表明bHLH轉(zhuǎn)錄因子參與冷脅迫響應(yīng)過(guò)程，并發(fā)揮重要作用［37］。有學(xué)者在辣椒基因組中鑒定了122個(gè)CabHLH基因，選取8個(gè)響應(yīng)非生物脅迫的基因進(jìn)行表達(dá)分析，冷脅迫處理后，CabHLH30、CabHLH37、CabHLH42、CabHLH71和CabHLH111的表達(dá)水平上調(diào)，CabHLH11下調(diào)，CabHLH28先上調(diào)后下調(diào)，CabHLH41不變。這些上調(diào)表達(dá)的CabHLHs可能調(diào)控下游bHLH相關(guān)基因，從而增強(qiáng)辣椒的抗逆性［38］。據(jù)報(bào)道，CabHLH79基因是辣椒抗寒耐鹽通路中的一個(gè)關(guān)鍵調(diào)控因子，并且CabHLH79～CaNAC035可能形成了一個(gè)特異的調(diào)控模塊在辣椒抗寒耐鹽通路中發(fā)揮重要調(diào)控作用［39］。研究發(fā)現(xiàn)，辣椒CabHLH035的表達(dá)受冷處理誘導(dǎo)，CabHLH035在擬南芥中的過(guò)表達(dá)通過(guò)保護(hù)質(zhì)膜完整性來(lái)改善冷脅迫耐受性。在低溫脅迫下，CabHLH035與CaCBF1A和CaAPX的上游區(qū)域結(jié)合，從而調(diào)節(jié)其mRNA表達(dá)水平。因此，CabHLH035可能通過(guò)不依賴(lài)CBF和ROS的途徑促進(jìn)辣椒的耐寒性［40］。光敏色素互作因子PIFs作為bHLH轉(zhuǎn)錄因子的一個(gè)亞家族，參與調(diào)控植物的光依賴(lài)型生長(zhǎng)發(fā)育。有研究鑒定了6個(gè)辣椒PIF基因，表達(dá)分析表明，CaPIF8可以正向調(diào)控辣椒對(duì)冷、鹽脅迫的耐受性，并且可能通過(guò)誘導(dǎo)CBF基因增強(qiáng)冷脅迫耐受性，通過(guò)激活A(yù)BA生物合成基因介導(dǎo)鹽脅迫耐受性［41］。

2.2 其他重要蛋白基因

脫水蛋白（dehydrins，DHN）基因是CBF的下游基因，在提高植物對(duì)非生物脅迫的抗性方面具有重要作用。有研究者在辣椒基因組中發(fā)現(xiàn)了7個(gè)CaDHN基因，在冷脅迫下，CaDHN1/2/3/4/7的表達(dá)水平均上調(diào)，尤其是CaDHN4在冷脅迫24 h時(shí)上調(diào)了260倍，而CaDHN5/6無(wú)明顯變化。對(duì)CaDHN3進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，CaDHN3沉默的辣椒植株對(duì)冷脅迫的抵抗力明顯低于對(duì)照植株［42］。新的研究表明，CaDHN1和CaDHN4均可能作為耐寒脅迫性的正調(diào)節(jié)因子，但其參與低溫脅迫的調(diào)控方式有所不同。CaDHN1的沉默導(dǎo)致辣椒植株對(duì)冷、鹽和滲透脅迫的耐受性降低，而且對(duì)ABA沒(méi)有反應(yīng)，但由SA強(qiáng)烈誘導(dǎo)，表明CaDHN1可能通過(guò)ABA非依賴(lài)性但SA依賴(lài)性信號(hào)通路發(fā)揮作用［43］，而CaDHN4在ABA依賴(lài)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中具有誘導(dǎo)擬南芥耐冷和鹽脅迫的作用［44］。

水通道蛋白（aquaporin protein，AQP）是一種高度保守的膜蛋白，在植物響應(yīng)寒冷、鹽等脅迫反應(yīng)中發(fā)揮作用。辣椒CaAQP過(guò)表達(dá)通過(guò)增加氣孔開(kāi)度，增加恢復(fù)階段的膜損傷率，降低轉(zhuǎn)基因煙草植株的低溫脅迫［45］。PAO基因家族廣泛參與植物響應(yīng)生物脅迫和非生物脅迫，辣椒中有6個(gè)PAO基因家族成員，其中CaPAO2和CaPAO4受冷脅迫顯著上調(diào)。進(jìn)一步將CaPAO2和CaPAO4在擬南芥中過(guò)表達(dá)，能提高抗氧化酶活性，降低丙二醛、H2O2和超氧化物的積累，顯著增強(qiáng)擬南芥的抗凍性［46］。辣椒CaALAD通過(guò)參與調(diào)控耐冷基因的相對(duì)轉(zhuǎn)錄水平、增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)和葉綠素合成來(lái)提高耐冷性。此外，CaALAD還可能通過(guò)參與硫化氫介導(dǎo)的信號(hào)通路來(lái)響應(yīng)低溫脅迫［47］。MADS-box轉(zhuǎn)錄因子家族的一些基因也參與脅迫反應(yīng)，辣椒CaMADS過(guò)表達(dá)擬南芥植株對(duì)低溫脅迫的耐受性比野生型強(qiáng)，在冷處理后表現(xiàn)出顯著較高的存活率、較低的H2O2和超氧自由基含量。表明CaMADS在低溫脅迫信號(hào)通路中作為正調(diào)控的逆境響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用［48］。辣椒LTSF1和LTSF2 F-box蛋白是SCF復(fù)合物的功能成分，可能通過(guò)激活抗氧化酶活性來(lái)正向調(diào)節(jié)低溫脅迫耐受性［49］。辣椒HD-ZIPI亞基因家族成員的關(guān)鍵調(diào)控因子CaATHB-12通過(guò)清除ROS參與冷脅迫耐受性［50］。CBL-CIPK模塊有助于離子穩(wěn)態(tài)、生物和非生物脅迫耐受性，CBL-CIPK途徑的功能在模式植物擬南芥中已被廣泛研究。CaCIPK13的沉默降低了對(duì)冷脅迫的耐受性，辣椒葉片中冷和花青素相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著降低。相反，番茄中CaCIPK13的過(guò)表達(dá)通過(guò)增加花青素含量和活性氧清除酶的活性，提高了植株的耐寒性。此外，CaCIPK13與質(zhì)膜中的CaCBL1/6/7/8相互作用具有Ca2+依賴(lài)性，表明CaCIPK13通過(guò) CBL-CIPK 信號(hào)正向調(diào)控冷脅迫耐受性［51］。另外，沉默CaSPDS和CaTPS1均提高了辣椒對(duì)低溫脅迫的敏感性［52-53］。這些冷響應(yīng)基因的挖掘，為解析辣椒響應(yīng)低溫脅迫的分子機(jī)制提供了切入點(diǎn)。

3 提高辣椒抗冷性的措施

3.1 辣椒抗冷育種

抗冷育種是提高植物抗冷能力，抵御冷害的根本途徑，植物抗冷育種已成為植物育種的重要研究領(lǐng)域，其主要途徑包括雜交育種、誘變育種、基因工程育種。目前，學(xué)者們利用雜交手段培育抗冷品種的研究較多。衢椒3號(hào)是以自交系L11為母本，以自交系L19為父本育成的一代雜種，參照《辣椒耐低溫性鑒定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)其耐低溫性進(jìn)行分級(jí)，衢椒3號(hào)屬于耐低溫材料［54］。誘變育種不僅可以加速育種進(jìn)程，還能獲得許多變異的資源。通過(guò)空間誘變與常規(guī)育種技術(shù)相結(jié)合的方法，育成辣椒新品種宇椒7號(hào)，該品種突出特點(diǎn)為品質(zhì)佳，豐產(chǎn)性好，抗逆性強(qiáng)、耐低溫等［55］?；蚬こ碳夹g(shù)是主要依靠導(dǎo)入相關(guān)抗冷基因來(lái)提高植物抗冷性的一種途徑。將擬南芥抗寒基因CBF4導(dǎo)入辣椒，獲得具有一定抗寒性的轉(zhuǎn)基因辣椒，經(jīng)冷誘導(dǎo)后，轉(zhuǎn)基因植株的SOD和POD活性都明顯高于對(duì)照，且轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出葉色濃綠、葉片肥厚、葉面積大等抗寒特征［56］。

3.2 化學(xué)調(diào)控技術(shù)提高辣椒抗冷性

3.2.1 植物激素提高辣椒抗冷性

植物內(nèi)源激素在調(diào)控植物抗冷機(jī)制中起重要作用，適量施加植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可以有效提高植物抗冷性［57］。目前ABA、SA、6-芐基腺嘌呤（6-BA）、BR等廣泛應(yīng)用于植物抗冷調(diào)節(jié)中。

研究表明，外源施加ABA主要通過(guò)增強(qiáng)超氧化物歧化酶和愈創(chuàng)木酚過(guò)氧化物酶活性及Mn-SOD、POD、DHAR1和DHAR2等相關(guān)基因表達(dá)，以提高辣椒對(duì)低溫誘導(dǎo)的氧化損傷的耐受性［58］。葉面噴施EBR通過(guò)改善光抑制、優(yōu)化吸收能和激發(fā)能的分配以及增強(qiáng)抗氧化防御系統(tǒng)來(lái)提高辣椒幼苗對(duì)低溫脅迫的耐受性［59］。相關(guān)研究表明，4 ℃冷脅迫25 d條件下，用磷酸三鈉（TSP）+ SA處理甜椒果實(shí)，能夠通過(guò)提高脂肪酸脫飽和效率和保水性緩解甜椒的冷害［60］。有研究表明，MeJA可能是通過(guò)降低磷脂酶D（PLD）基因的表達(dá)和活性來(lái)提高青椒果實(shí)抗冷性的。膜脂降解延遲，脯氨酸含量增加，能維持細(xì)胞膜穩(wěn)定性［61］。噴施獨(dú)腳金內(nèi)酯可改善光合和抗氧化能力，提高辣椒植株對(duì)低溫的抗性［62］。

3.2.2 其他化學(xué)物質(zhì)提高辣椒抗冷性

甜菜堿（GB）改善甜椒冷害與降低細(xì)胞滲漏、MDA含量和脂質(zhì)過(guò)氧化有關(guān)，通過(guò)誘導(dǎo)POD、CAT、APX和GR等抗氧化基因表達(dá)和酶活性來(lái)提高辣椒果實(shí)的耐冷性［63］。外源性褪黑激素（MT）通過(guò)促進(jìn)辣椒根系生長(zhǎng)，改善抗氧化防御系統(tǒng)，抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)和滲透調(diào)節(jié)，增強(qiáng)辣椒幼苗對(duì)低溫和低光照的耐受性［64］。玉米黃質(zhì)（Z）預(yù)處理通過(guò)增強(qiáng)抗氧化酶活性和AsA-GSH循環(huán)組分的積累以及上調(diào) AsA-GSH 循環(huán)中的關(guān)鍵基因，顯著降低低溫弱光（LL）脅迫下辣椒幼苗ROS的積累［65］。外源玉米黃質(zhì)預(yù)處理通過(guò)改善光系統(tǒng)過(guò)程、增加抗氧化性和誘導(dǎo)內(nèi)源性玉米黃質(zhì)代謝的改變，增強(qiáng)辣椒植株對(duì)冷卻的耐受性［66］。外源谷胱甘肽（GSH）處理可通過(guò)觸發(fā)AsA-GSH循環(huán)和提高抗氧化能力來(lái)緩解冷藏期間辣椒果實(shí)冷害［67］。

3.3 物理方法提高辣椒抗冷性

有研究表明，45 ℃熱水處理15 min能緩解甜椒果實(shí)冷藏期間冷害，這可能是由于相關(guān)酶活性的提高增強(qiáng)了抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)，從而減輕了甜椒果實(shí)冷害［68］。據(jù)報(bào)道，間歇升溫（IW）能有效降低CI指數(shù)，保持辣椒硬度。適宜的IW周期有效延緩了不飽和脂肪酸含量的下降，維持了較高的不飽和脂肪酸指數(shù)（ IUFA ），有助于保持辣椒細(xì)胞膜的完整性［69］。有報(bào)道稱(chēng)，熱水處理結(jié)合薄膜包裝可通過(guò)增加多胺水平的機(jī)制來(lái)延緩甜椒果實(shí)的冷害和腐爛［70］。

3.4 水肥耦合及抗冷鍛煉

合理施肥對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育非常重要，適當(dāng)施用有機(jī)肥可以提高植物的抗逆性，對(duì)其產(chǎn)量和品質(zhì)也有提升。有研究者發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)施用有機(jī)肥可以有效增強(qiáng)辣椒的抗寒性［71-72］。植物對(duì)低溫脅迫的抗性有一個(gè)適應(yīng)過(guò)程，在植株將要受到冷害之前，逐步降低溫度，讓植物預(yù)先經(jīng)歷適當(dāng)?shù)牡蜏劐憻?，可以有效增?qiáng)植物的耐冷性。低溫脅迫下，經(jīng)過(guò)低溫馴化處理的辣椒幼苗株高、莖粗增長(zhǎng)量高于未經(jīng)低溫馴化的辣椒幼苗，而Pn、Gs、Tr、Fv/Fm和ФPSⅡ下降幅度以及Ci值升高幅度均小于未經(jīng)過(guò)低溫馴化的，因此低溫馴化有助于提高辣椒的抗寒性［73］。辣椒果實(shí)預(yù)先經(jīng)歷低溫處理，也能增強(qiáng)其對(duì)低溫的耐受度。將辣椒置于冰水混合物中進(jìn)行預(yù)冷處理，有利于保持辣椒的采后品質(zhì)，緩解整個(gè)貯藏期間硬度的損失，從而延長(zhǎng)貨架期［74-75］。低溫預(yù)處理（LTC）結(jié)合MeJA處理能顯著延緩甜椒果實(shí)冷害的發(fā)生，并能顯著抑制冷害指數(shù)的上升，可以抑制MDA含量的增加，抑制葉綠素和維生素C含量的下降，增強(qiáng)POD、CAT、APX酶活性及其相關(guān)基因的表達(dá)?？傊?，LTC結(jié)合MeJA處理可作為提高甜椒果實(shí)采后冷害抗性的有效技術(shù)［76］。冷激、草酸及其復(fù)合處理通過(guò)提高抗氧化酶活性和脯氨酸積累緩解青椒果實(shí)冷害。其中，冷激+草酸處理是減輕冷害最有效的方法［77］。

4 展望

辣椒屬于冷敏感植物，低溫對(duì)辣椒的發(fā)展具有顯著的制約作用，研究辣椒響應(yīng)低溫脅迫的分子調(diào)控機(jī)制對(duì)于抗寒育種具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。近些年，辣椒響應(yīng)低溫脅迫和抗寒性的研究取得了一定的進(jìn)展，但與擬南芥、水稻等模式植物相比，仍處于起步階段，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，辣椒響應(yīng)低溫脅迫的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚不明確，以目前對(duì)寒冷調(diào)控機(jī)制的認(rèn)知去培育具有強(qiáng)耐寒性的優(yōu)質(zhì)辣椒還有一定難度。辣椒抵御低溫是一個(gè)復(fù)雜且精密的過(guò)程，辣椒耐冷性受多種特異的抗冷基因控制，不同基因之間存在著復(fù)雜的交叉調(diào)控作用。雖然目前通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)或反向遺傳學(xué)方法鑒定了一些冷響應(yīng)基因，但大多數(shù)僅停留在表達(dá)分析層面，很少有基因經(jīng)過(guò)功能鑒定。此外，由于辣椒遺傳轉(zhuǎn)化體系一直未能突破，導(dǎo)致大多數(shù)基因在辣椒耐冷方面的確切功能還不清楚，因此無(wú)法揭示辣椒應(yīng)答低溫脅迫調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。第二，辣椒耐寒基因的挖掘和鑒定是零星的，而不是系統(tǒng)性的，而且目前已有的研究大多集中在單基因水平的基因功能鑒定，對(duì)交叉逆境脅迫的研究較少。然而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，辣椒還會(huì)遭受高溫、干旱、高鹽等各種非生物脅迫，應(yīng)加強(qiáng)關(guān)于辣椒對(duì)復(fù)合脅迫響應(yīng)機(jī)制的研究。第三，目前常規(guī)育種仍然是耐寒性育種的主要途徑，分子育種幾乎沒(méi)有，那么如何在反復(fù)回交過(guò)程中保留所需的冷相關(guān)基因也是一個(gè)棘手的問(wèn)題。其次，耐冷性相關(guān)的分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)太少，以及遺傳轉(zhuǎn)化體系還沒(méi)完全建立都是導(dǎo)致辣椒耐冷性分子育種發(fā)展緩慢的重要因素。

基于辣椒基因組測(cè)序的完成以及組學(xué)和現(xiàn)代生物信息學(xué)的不斷發(fā)展，未來(lái)可在以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究。第一，加強(qiáng)對(duì)辣椒耐冷相關(guān)基因的驗(yàn)證，解析由重要調(diào)控因子及其上下游同源基因組成的關(guān)鍵分子模塊在耐冷反應(yīng)中的功能。這將闡明低溫信號(hào)從感知到傳遞的整個(gè)傳遞鏈條，全面解析辣椒低溫信號(hào)傳導(dǎo)途徑。為了豐富對(duì)低溫響應(yīng)機(jī)制的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)，應(yīng)該評(píng)估低溫信號(hào)與其他信號(hào)途徑如干旱、鹽和植物激素途徑之間的串?dāng)_。第二，未來(lái)整合更多方法的研究，如表型組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、基因組學(xué)和生物信息學(xué)方法，可能會(huì)大大提高識(shí)別冷調(diào)控基因的準(zhǔn)確性，并提供更好的候選基因，可以進(jìn)一步用于分子育種。第三，辣椒遺傳轉(zhuǎn)化體系一直未能突破，并且受基因型影響較大，需要進(jìn)一步優(yōu)化。應(yīng)結(jié)合基因組選擇育種，將耐冷基因及其信號(hào)模塊導(dǎo)入到好的辣椒品種中，從而加速耐冷基因的利用，助力辣椒耐冷新種質(zhì)的選育。另外，對(duì)早期發(fā)現(xiàn)的冷脅迫調(diào)節(jié)因子進(jìn)行基因組編輯也將成為提高辣椒耐寒性和創(chuàng)制辣椒耐冷材料的重要手段。

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