辣椒辣不辣 由啥来决定？

三农 农民日报 2014年12月03日 08:47 A-A+
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　　绘图：刘念

　　编者按

　　因为辣，辣椒能让食草动物退避三舍，不去咀嚼其种子；也因为辣，辣椒深受美食爱好者追捧。《舌尖上的中国》曾讲述，辣不是种味道，而是一种被刺激诱发的感觉，事实真是如此吗？本期“前沿”与您一同探究其中的奥秘。

　　走近科学

　　我国科学家解密“辣基因”

　　全基因组测序完成，并构建高密度连锁图谱

　　最近，由贵州省遵义市农业科学研究院牵头的科学家团队完成了针对辣椒的首次高质量参照基因组测序，使辣椒的“辣基因”大白于天下。

　　据了解，辣椒全基因组序列测序的辣椒品种为遵义市农业科学研究院选育的品种“遵辣1号”和来自墨西哥的野生种“Chiltepin”。研究人员分别对“遵辣1号”和“Chiltepin”进行了全基因组测序，构建了高密度的连锁图谱，并组装得到高质量的基因组精细图谱。两个基因组大小约为3.3Gb，分别有35336个和34476个基因，12对染色体，其中约90%的基因都锚定到这些染色体上。

　　辣椒碱主要由辣椒素和二氢辣椒素组成，能够产生辣椒果实独特的辣味。研究人员在辣椒中发现了51个参与辣椒素生物合成的基因家族，虽然这些基因家族在西红柿、土豆、拟南芥中也存在同源基因，但部分关键的基因在辣椒中有明显的拷贝数扩增。通过对不同辣度的辣椒相关转录组数据的比较分析，推测可能负责辣椒素最终合成的AT基因家族中AT3-D1和AT3-D2基因协同作用，合成并积累含量不同的辣椒素，这可能是一种与辣椒素积累相连的关键因素，可以决定不同品种辣椒的辣度。

　　研究人员进一步分析了有辣味和没有辣味的辣椒品种基因序列及其在果实中的表达情况，发现AT3-D1基因的编码区（能够翻译成蛋白质的那一段序列）在无辣味的品种中发生了部分序列的丢失，导致其翻译蛋白质的过程异常，不能够合成与辣味有关的物质，这也正就是有些辣椒品种不辣的原因。

　　美国农艺学会主席、新墨西哥州立大学辣椒研究所所长PaulBo sland教授认为：中国科学家主导的高质量辣椒基因组图谱的完成，为辣椒的研究打开了新的一页，该图谱将促进辣椒抗性、品质等重要农艺性状基因的定位研究，为通过分子育种进行辣椒品种改良奠定基础，同时还将促进茄科植物的进化研究，以及果实发育机理等基础生物学研究。

　　辅宏璞

　　一家之言

　　选育抗病品种是当务之急

　　覃成

　　近年来，随着我国辣椒产业的蓬勃发展，由于耕地数量有限，土地、气候等条件的限制以及对高产高效的追求，辣椒多年连续种植使土地难以得到轮作倒茬的现象较为普遍，全国各地出现的辣椒连作障碍现象日益严重（同一种作物或者近缘作物连作以后，即使在正常管理的条件下，也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象，这就是连作障碍）。辣椒连作障碍的主要症状是病毒病、疫病、青枯病等的致病病菌持续积累，导致病情加重，严重影响辣椒的产量和品质，制约了我国辣椒产业的快速发展和转型升级。

　　上述3种主要病害的致病病菌在土壤中存活时间长（旱地为3年~5年），即使通过改善栽培措施和种植结构，以及化学防治和生物防治相结合的方法，也很难达到明显的防治效果，使得它从发现至今一直是困扰辣椒生产的主要难题，深受国内外研究者的关注。

　　从“植物健康管理”角度，选育辣椒抗病品种被认为是最紧迫、最有效和最环境友好的出路，即利用寄主的抗病性是目前防病的最有效途径之一。通过传统的杂交育种技术选育辣椒抗病新品种效率低下（6年~7年，甚至更久），应用经典遗传学、现代分子生物学技术与传统杂交育种技术相结合，将会大大提高辣椒抗病的育种效率（3年~4年），是解决我国辣椒连作障碍的最佳途径。

　　帮打听

　　辣椒为什么会辣？辣椒辣味的遗传分子机制又是什么呢？野生辣椒与驯化后的辣椒有何区别？带来辣味的“辣基因”还存在于哪些蔬菜中呢？我国辣椒育种人员近期关注的焦点是什么？针对大家感兴趣的一系列问题，遵义市农科院覃成博士为大家一一解答。

　　基因同源，西红柿为何不辣？

　　研究表明，辣椒基因组包含大量的重复序列，约有2.7Gb（占基因组大小的81%），远高于其在西红柿（479Mb，61%）和马铃薯（399Mb，61%）中的含量，并且以Gypsy（54.5%）和Copia（8.6%）两种类型的重复序列为主。进一步的进化分析表明Gypsy在约30万年时发生了大规模的扩张和复制，导致辣椒基因组是西红柿和马铃薯基因组大小的4倍。

　　通过对比辣椒和其近亲植物番茄的基因组，发现这两种植物中都有可产生刺激性辣椒素的基因，但番茄中含有该基因的4种无功能副本，辣椒中则有7种无功能副本和1种起作用的该基因的副本。

　　在对辣椒与其他茄科植物的比较基因组及进化分析中，研究人员还发现，辣椒和西红柿、马铃薯一样，经历了一次三倍化事件和一次全基因复制事件，但是由茄科中分化出的辣椒属分支并未发生全基因组的复制，进一步证实辣椒的基因组扩张是由近期重复序列的扩张复制导致的。相对于马铃薯和西红柿，辣椒基因组产生了大量的重排和异位事件。

　　“解读”辣椒难度有多大？

　　虽说每三个人中就有大约一个人吃辣，辣椒是重要的经济作物，但是全球对辣椒的基础研究相对都比较弱，和茄科的西红柿、马铃薯等其他作物相比，更是有着显著的差距。究其原因，是由于辣椒的基因组大且非常复杂，辣椒基因组测序要突破三大难点：高度纯合材料获得难、基因组组装难度大、生物学故事解读难度大。

　　通过解读全球发表的所有关于辣椒的研究论文及其他物种相关的研究成果，研究人员最终选定了以下生物学问题：辣椒基因组扩增的原因，这有助于解释辣椒属基因组的进化；茄科的进化，这有助于研究辣椒属在茄科及单子叶植物中的进化地位；辣椒人工选择的分子印迹的发掘，这为辣椒分子育种提供重要的基因资源。通过辣椒与西红柿果实发育全过程的比较分析，获得了辣椒果实成熟后仍然坚硬等生物学特性相关的候选基因，为辣椒开展分子标记辅助育种提供了重要的基因资源。

　　未来的辣椒什么样？

　　目前，在我国辣椒的育种仍然以传统的杂交育种为主，应用生物技术辅助选育种的水平相对较低，究其原因主要有两个方面：对辣椒进行分子领域的研究严重滞后于其他主要农作物和其他大宗蔬菜，如番茄、黄瓜、大白菜、马铃薯等；缺乏对辣椒核心种质资源的整体研究以及对辣椒重要经济性状，如不育性、恢复性、抗病性等的深入研究。辣椒基因组图谱的公布促进了辣椒抗性、品质等重要农艺性状基因的定位研究，为通过分子育种进行辣椒品种改良奠定了基础，同时还促进了茄科植物的进化研究，以及果实发育机理等基础生物学研究。

　　下一步辣椒研究的重点是如何打通上游的理论研究和下游的应用研究，借助基因组学的研究成果，指导辣椒分子育种，选出好的杂交品种，真正能为老百姓收入增加创造机会，科研才实现了其基本的社会价值。做好辣椒种质资源精准鉴定与评价及抗病候选基因挖掘，加速抗病分子育种，尽快解决制约我国辣椒产业的快速发展和转型升级的重大问题，是我国辣椒育种人员近期关注的焦点。

　　王蕾本报记者缪翼

　　链接

　　辣椒会辣手

　　人们所说的辣味，其实并不是一种味觉，而是一种痛觉，是辣椒素等化学物质刺激细胞，在大脑中形成了类似灼烧的微量刺激的感觉，不是由味蕾所受到的味觉。因此，只要有神经能感受到的地方，就能感受到辣。

　　吃辣为什么会上瘾

　　当辣椒的辣味刺激舌头、口腔的神经末梢时，机体的神经系统会反射性地出现心跳加速、唾液及汗液分泌增加、肠胃蠕动增快而加倍工作。同时，兴奋性的刺激会使大脑释放出内啡肽，再继续吃下去，大脑又会以为有痛苦袭来，于是释放出更多的内啡肽。内啡肽会促进大脑内另一种物质——多巴胺的分泌，多巴胺是一种脑内分泌，相当于每个人体内的“奖励系统”，是一种类似肾上腺素的物质，可以影响一个人的情绪，在短时间内令人高度兴奋。于是享乐主义的大脑让人们对吃辣“上瘾”，以至于闻到浓郁的辣味就有进食的冲动。

　　辣出来的热是幻觉

　　即使在常温下，吃辣椒也会产生一种“火热”的灼烧感，这是为什么呢？因为感觉。辣椒中带有一个活跃的化学物质叫辣椒素，科学家发现，它可以激发口中一种名为VR1的受体，继而剥离了感应神经元的电子，传递出辛辣刺激的信号。但VR1受体本身并未感应到辣椒素存在，而主要是进行热感应，因此，当VR1受体被辣椒素激发后，大脑最终受到的信号却是类似喝了滚烫的水一样的灼烧感，这并非是真正灼烧，而是神经受体被“迷惑”后发出的灼烧的幻觉。

　　我国重辣版图

　　西南大学历史地理研究所蓝勇教授对中国饮食辛辣口味分析后，绘制出了中国“吃辣”版图。“重辣区”包括四川、湖南、湖北、贵州等地。

　　贵州的辣，种类齐全，辣得刻骨铭心，让人想起来胃就会一阵绞痛；云南的德宏拥有世界上最辣的辣椒品种，那就是云南象鼻涮涮辣，辣度是朝天椒的20倍～30倍；四川讲究辣椒入到菜里面的味道，辣的味道都在那红油里；湖南人好用新鲜辣椒或者干辣椒炒菜，无辣不欢；湖北各地市辣菜介于干辣和麻辣之间，家家户户热爱辣味；江西有个地方可能是全中国吃得最辣的地方，那就萍乡市，这地方煮粥、炖汤都要放辣椒；广西气候十分适合种植辣度高的辣椒，辣椒是人们生活饮食里不可或缺的一个部分。