因?yàn)槔?，辣椒能讓食草?dòng)物退避三舍，不去咀嚼其種子；也因?yàn)槔?，辣椒深受美食?ài)好者追捧?！渡嗉馍系闹袊?guó)》曾講述，辣不是種味道，而是一種被刺激誘發(fā)的感覺(jué)，事實(shí)真是如此嗎？本期“前沿”與您一同探究其中的奧秘。

　　走近科學(xué)

　　我國(guó)科學(xué)家解密“辣基因”

　　全基因組測(cè)序完成，并構(gòu)建高密度連鎖圖譜

　　最近，由貴州省遵義市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院牽頭的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)完成了針對(duì)辣椒的首次高質(zhì)量參照基因組測(cè)序，使辣椒的“辣基因”大白于天下。

　　據(jù)了解，辣椒全基因組序列測(cè)序的辣椒品種為遵義市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育的品種“遵辣1號(hào)”和來(lái)自墨西哥的野生種“Chiltepin”。研究人員分別對(duì)“遵辣1號(hào)”和“Chiltepin”進(jìn)行了全基因組測(cè)序，構(gòu)建了高密度的連鎖圖譜，并組裝得到高質(zhì)量的基因組精細(xì)圖譜。兩個(gè)基因組大小約為3.3Gb，分別有35336個(gè)和34476個(gè)基因，12對(duì)染色體，其中約90%的基因都錨定到這些染色體上。

　　辣椒堿主要由辣椒素和二氫辣椒素組成，能夠產(chǎn)生辣椒果實(shí)獨(dú)特的辣味。研究人員在辣椒中發(fā)現(xiàn)了51個(gè)參與辣椒素生物合成的基因家族，雖然這些基因家族在西紅柿、土豆、擬南芥中也存在同源基因，但部分關(guān)鍵的基因在辣椒中有明顯的拷貝數(shù)擴(kuò)增。通過(guò)對(duì)不同辣度的辣椒相關(guān)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的比較分析，推測(cè)可能負(fù)責(zé)辣椒素最終合成的AT基因家族中AT3-D1和AT3-D2基因協(xié)同作用，合成并積累含量不同的辣椒素，這可能是一種與辣椒素積累相連的關(guān)鍵因素，可以決定不同品種辣椒的辣度。

　　研究人員進(jìn)一步分析了有辣味和沒(méi)有辣味的辣椒品種基因序列及其在果實(shí)中的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)AT3-D1基因的編碼區(qū)（能夠翻譯成蛋白質(zhì)的那一段序列）在無(wú)辣味的品種中發(fā)生了部分序列的丟失，導(dǎo)致其翻譯蛋白質(zhì)的過(guò)程異常，不能夠合成與辣味有關(guān)的物質(zhì)，這也正就是有些辣椒品種不辣的原因。

　　美國(guó)農(nóng)藝學(xué)會(huì)主席、新墨西哥州立大學(xué)辣椒研究所所長(zhǎng)PaulBo?sland教授認(rèn)為：中國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)的高質(zhì)量辣椒基因組圖譜的完成，為辣椒的研究打開(kāi)了新的一頁(yè)，該圖譜將促進(jìn)辣椒抗性、品質(zhì)等重要農(nóng)藝性狀基因的定位研究，為通過(guò)分子育種進(jìn)行辣椒品種改良奠定基礎(chǔ)，同時(shí)還將促進(jìn)茄科植物的進(jìn)化研究，以及果實(shí)發(fā)育機(jī)理等基礎(chǔ)生物學(xué)研究。

　　輔宏璞

　　一家之言

　　選育抗病品種是當(dāng)務(wù)之急

　　近年來(lái)，隨著我國(guó)辣椒產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，由于耕地?cái)?shù)量有限，土地、氣候等條件的限制以及對(duì)高產(chǎn)高效的追求，辣椒多年連續(xù)種植使土地難以得到輪作倒茬的現(xiàn)象較為普遍，全國(guó)各地出現(xiàn)的辣椒連作障礙現(xiàn)象日益嚴(yán)重（同一種作物或者近緣作物連作以后，即使在正常管理的條件下，也會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣、生育狀況變差的現(xiàn)象，這就是連作障礙）。辣椒連作障礙的主要癥狀是病毒病、疫病、青枯病等的致病病菌持續(xù)積累，導(dǎo)致病情加重，嚴(yán)重影響辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)，制約了我國(guó)辣椒產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)。

　　上述3種主要病害的致病病菌在土壤中存活時(shí)間長(zhǎng)（旱地為3年~5年），即使通過(guò)改善栽培措施和種植結(jié)構(gòu)，以及化學(xué)防治和生物防治相結(jié)合的方法，也很難達(dá)到明顯的防治效果，使得它從發(fā)現(xiàn)至今一直是困擾辣椒生產(chǎn)的主要難題，深受?chē)?guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。

　　從“植物健康管理”角度，選育辣椒抗病品種被認(rèn)為是最緊迫、最有效和最環(huán)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徑之一。通過(guò)傳統(tǒng)的雜交育種技術(shù)選育辣椒抗病新品種效率低下（6年~7年，甚至更久），應(yīng)用經(jīng)典遺傳學(xué)、現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)雜交育種技術(shù)相結(jié)合，將會(huì)大大提高辣椒抗病的育種效率（3年~4年），是解決我國(guó)辣椒連作障礙的最佳途徑。

　　幫打聽(tīng)

　　辣椒為什么會(huì)辣？辣椒辣味的遺傳分子機(jī)制又是什么呢？野生辣椒與馴化后的辣椒有何區(qū)別？帶來(lái)辣味的“辣基因”還存在于哪些蔬菜中呢？我國(guó)辣椒育種人員近期關(guān)注的焦點(diǎn)是什么？針對(duì)大家感興趣的一系列問(wèn)題，遵義市農(nóng)科院覃成博士為大家一一解答。

　　基因同源，西紅柿為何不辣？

　　研究表明，辣椒基因組包含大量的重復(fù)序列，約有2.7Gb（占基因組大小的81%），遠(yuǎn)高于其在西紅柿（479Mb，61%）和馬鈴薯（399Mb，61%）中的含量，并且以Gypsy（54.5%）和Copia（8.6%）兩種類(lèi)型的重復(fù)序列為主。進(jìn)一步的進(jìn)化分析表明Gypsy在約30萬(wàn)年時(shí)發(fā)生了大規(guī)模的擴(kuò)張和復(fù)制，導(dǎo)致辣椒基因組是西紅柿和馬鈴薯基因組大小的4倍。

　　通過(guò)對(duì)比辣椒和其近親植物番茄的基因組，發(fā)現(xiàn)這兩種植物中都有可產(chǎn)生刺激性辣椒素的基因，但番茄中含有該基因的4種無(wú)功能副本，辣椒中則有7種無(wú)功能副本和1種起作用的該基因的副本。

　　在對(duì)辣椒與其他茄科植物的比較基因組及進(jìn)化分析中，研究人員還發(fā)現(xiàn)，辣椒和西紅柿、馬鈴薯一樣，經(jīng)歷了一次三倍化事件和一次全基因復(fù)制事件，但是由茄科中分化出的辣椒屬分支并未發(fā)生全基因組的復(fù)制，進(jìn)一步證實(shí)辣椒的基因組擴(kuò)張是由近期重復(fù)序列的擴(kuò)張復(fù)制導(dǎo)致的。相對(duì)于馬鈴薯和西紅柿，辣椒基因組產(chǎn)生了大量的重排和異位事件。

　　“解讀

　　”辣椒難度有多大？

　　雖說(shuō)每三個(gè)人中就有大約一個(gè)人吃辣，辣椒是重要的經(jīng)濟(jì)作物，但是全球?qū)苯返幕A(chǔ)研究相對(duì)都比較弱，和茄科的西紅柿、馬鈴薯等其他作物相比，更是有著顯著的差距。究其原因，是由于辣椒的基因組大且非常復(fù)雜，辣椒基因組測(cè)序要突破三大難點(diǎn)：高度純合材料獲得難、基因組組裝難度大、生物學(xué)故事解讀難度大。

　　通過(guò)解讀全球發(fā)表的所有關(guān)于辣椒的研究論文及其他物種相關(guān)的研究成果，研究人員最終選定了以下生物學(xué)問(wèn)題：辣椒基因組擴(kuò)增的原因，這有助于解釋辣椒屬基因組的進(jìn)化；茄科的進(jìn)化，這有助于研究辣椒屬在茄科及單子葉植物中的進(jìn)化地位；辣椒人工選擇的分子印跡的發(fā)掘，這為辣椒分子育種提供重要的基因資源。通過(guò)辣椒與西紅柿果實(shí)發(fā)育全過(guò)程的比較分析，獲得了辣椒果實(shí)成熟后仍然堅(jiān)硬等生物學(xué)特性相關(guān)的候選基因，為辣椒開(kāi)展分子標(biāo)記輔助育種提供了重要的基因資源。

　　未來(lái)的辣椒什么樣？

　　目前，在我國(guó)辣椒的育種仍然以傳統(tǒng)的雜交育種為主，應(yīng)用生物技術(shù)輔助選育種的水平相對(duì)較低，究其原因主要有兩個(gè)方面：對(duì)辣椒進(jìn)行分子領(lǐng)域的研究嚴(yán)重滯后于其他主要農(nóng)作物和其他大宗蔬菜，如番茄、黃瓜、大白菜、馬鈴薯等；缺乏對(duì)辣椒核心種質(zhì)資源的整體研究以及對(duì)辣椒重要經(jīng)濟(jì)性狀，如不育性、恢復(fù)性、抗病性等的深入研究。辣椒基因組圖譜的公布促進(jìn)了辣椒抗性、品質(zhì)等重要農(nóng)藝性狀基因的定位研究，為通過(guò)分子育種進(jìn)行辣椒品種改良奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)還促進(jìn)了茄科植物的進(jìn)化研究，以及果實(shí)發(fā)育機(jī)理等基礎(chǔ)生物學(xué)研究。

　　下一步辣椒研究的重點(diǎn)是如何打通上游的理論研究和下游的應(yīng)用研究，借助基因組學(xué)的研究成果，指導(dǎo)辣椒分子育種，選出好的雜交品種，真正能為老百姓收入增加創(chuàng)造機(jī)會(huì)，科研才實(shí)現(xiàn)了其基本的社會(huì)價(jià)值。做好辣椒種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定與評(píng)價(jià)及抗病候選基因挖掘，加速抗病分子育種，盡快解決制約我國(guó)辣椒產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)的重大問(wèn)題，是我國(guó)辣椒育種人員近期關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　王蕾本報(bào)記者繆翼

　　鏈接

　　辣椒會(huì)辣手

　　人們所說(shuō)的辣味，其實(shí)并不是一種味覺(jué)，而是一種痛覺(jué)，是辣椒素等化學(xué)物質(zhì)刺激細(xì)胞，在大腦中形成了類(lèi)似灼燒的微量刺激的感覺(jué)，不是由味蕾所受到的味覺(jué)。因此，只要有神經(jīng)能感受到的地方，就能感受到辣。

　　吃辣為什么會(huì)上癮

　　當(dāng)辣椒的辣味刺激舌頭、口腔的神經(jīng)末梢時(shí)，機(jī)體的神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)反射性地出現(xiàn)心跳加速、唾液及汗液分泌增加、腸胃蠕動(dòng)增快而加倍工作。同時(shí)，興奮性的刺激會(huì)使大腦釋放出內(nèi)啡肽，再繼續(xù)吃下去，大腦又會(huì)以為有痛苦襲來(lái)，于是釋放出更多的內(nèi)啡肽。內(nèi)啡肽會(huì)促進(jìn)大腦內(nèi)另一種物質(zhì)——多巴胺的分泌，多巴胺是一種腦內(nèi)分泌，相當(dāng)于每個(gè)人體內(nèi)的“獎(jiǎng)勵(lì)系統(tǒng)”，是一種類(lèi)似腎上腺素的物質(zhì)，可以影響一個(gè)人的情緒，在短時(shí)間內(nèi)令人高度興奮。于是享樂(lè)主義的大腦讓人們對(duì)吃辣“上癮”，以至于聞到濃郁的辣味就有進(jìn)食的沖動(dòng)。

　　辣出來(lái)的熱是幻覺(jué)

　　即使在常溫下，吃辣椒也會(huì)產(chǎn)生一種“火熱”的灼燒感，這是為什么呢？因?yàn)楦杏X(jué)。辣椒中帶有一個(gè)活躍的化學(xué)物質(zhì)叫辣椒素，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它可以激發(fā)口中一種名為VR1的受體，繼而剝離了感應(yīng)神經(jīng)元的電子，傳遞出辛辣刺激的信號(hào)。但VR1受體本身并未感應(yīng)到辣椒素存在，而主要是進(jìn)行熱感應(yīng)，因此，當(dāng)VR1受體被辣椒素激發(fā)后，大腦最終受到的信號(hào)卻是類(lèi)似喝了滾燙的水一樣的灼燒感，這并非是真正灼燒，而是神經(jīng)受體被“迷惑”后發(fā)出的灼燒的幻覺(jué)。

　　我國(guó)重辣版圖

　　西南大學(xué)歷史地理研究所藍(lán)勇教授對(duì)中國(guó)飲食辛辣口味分析后，繪制出了中國(guó)“吃辣”版圖。“重辣區(qū)”包括四川、湖南、湖北、貴州等地。

　　貴州的辣，種類(lèi)齊全，辣得刻骨銘心，讓人想起來(lái)胃就會(huì)一陣絞痛；云南的德宏擁有世界上最辣的辣椒品種，那就是云南象鼻涮涮辣，辣度是朝天椒的20倍～30倍；四川講究辣椒入到菜里面的味道，辣的味道都在那紅油里；湖南人好用新鮮辣椒或者干辣椒炒菜，無(wú)辣不歡；湖北各地市辣菜介于干辣和麻辣之間，家家戶(hù)戶(hù)熱愛(ài)辣味；江西有個(gè)地方可能是全中國(guó)吃得最辣的地方，那就萍鄉(xiāng)市，這地方煮粥、燉湯都要放辣椒；廣西氣候十分適合種植辣度高的辣椒，辣椒是人們生活飲食里不可或缺的一個(gè)部分。