辣椒響應熱脅迫機制的研究進展

張蓓 任福森 趙洋 郭志偉 孫強 劉賀娟 甄俊琦 王童童 程相杰

（新鄉市農業科學院，新鄉 453000）

辣椒（Capsicumspp.）隸屬茄科（Solanaceae）辣椒屬（Capsicum），是世界第二大食用蔬菜，含有許多人類必需營養物質，尤其是維生素C、β-胡蘿卜素和鈣。其中，維生素C含量可達125 mg/100 g鮮辣椒，在所有蔬菜中含量最高［1］。同時，辣椒是一種重要的調味品，還具有重要的藥用價值和工業用途［2］。我國是世界上辣椒種植面積最大的國家［3］，辣椒每年產生的經濟效益居蔬菜之首。隨著全球氣溫不斷升高，熱脅迫已經成為世界范圍內重要的農業問題。持續的高溫會引起細胞損傷，包括蛋白質的錯誤折疊和聚集、細胞膜損傷、微管組織的破壞和活性氧（reactive oxygen species, ROS）的積累，最終導致植物的生長發育受阻［4-5］。眾所周知，辣椒在溫暖的地方生長良好，但對高溫敏感。近些年，辣椒設施栽培面積不斷增加，然而，夏季設施內溫度高，當環境溫度超過32℃［6］時，辣椒就會遭受熱脅迫，嚴重影響授粉和產量。

近些年，隨著生物技術和生物信息學的不斷發展，植物響應熱脅迫機制的研究有了很大的進展。目前，雖然辣椒在響應熱脅迫方面的研究與擬南芥等模式植物相比還有很大差距，但一些相對前沿的生物技術已經被用于辣椒應答熱脅迫機制的研究中。如Wang等［7］基于轉錄組學和代謝組學對辣椒在熱脅迫條件下的反應進行聯合分析發現，谷胱甘肽代謝途徑在辣椒對HS的反應中起著關鍵作用。本文從生理生化機制、分子機制、組學機制的角度闡述了辣椒響應熱脅迫機制的研究現狀，旨在推動解析辣椒的耐熱機制和耐熱品種選育進程。

1 響應熱脅迫的生理生化機制

1.1 植物激素對熱脅迫的響應

植物激素與熱脅迫信號轉導有關［8-9］。外源噴施適宜濃度的水楊酸（SA）可以通過激活抗氧化防御系統、協調滲透調節和保持光合作用效率，來有效提高觀賞辣椒種子和幼苗的耐熱性，并顯著改善熱脅迫效應［10］。噴施SA和2,4-表油菜素內酯（2,4-epibrassinolide, EBR）溶液可以通過提高生長參數、光合效率、膜熱穩定性、花粉活力和高溫下的坐果率來緩解熱脅迫，提高甜椒對高溫的耐受性［11］。高溫下，生長素（indoleacetic acid, IAA）處理能減少脂質過氧化、降低花梗中的纖維素酶活性，從而增加辣椒植株的花粉活力和坐果率，減輕植株受熱害的程度［12］。MeJA參與關鍵的植物發育過程，并與賦予園藝植物耐熱性有關［13］。有研究表明，MeJA對辣椒熱脅迫的改善作用明顯受到品種的影響［14］。熱脅迫條件下，向葉面噴施適宜濃度的6-BA，能夠提高抗氧化酶的活性并有利于光能的捕獲與轉換，從而有效緩解熱脅迫傷害，維持甜椒幼苗的正常生長［15］。可見，植物激素主要通過激活抗氧化防御系統、保持光合作用效率以及穩定滲透調節來改善辣椒熱激效應。然而，目前用植物激素緩解辣椒熱脅迫的研究僅停留在生理應答方面，并沒有發現基因對植物激素應答的報道，因此，后續可以進一步研究某個基因對植物激素的應答機理。

1.2 抗氧化系統對熱脅迫的響應

常溫條件下，植物體內ROS的產生和清除處于動態平衡。植物遭遇熱脅迫后，會造成細胞內ROS和超氧化物自由基的積累，引起細胞結構物質氧化損傷。熱脅迫下，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、過氧化物酶（peroxidase, POD）和過氧化氫酶（catalase, CAT）的活性會改變以降低膜脂過度氧化程度，從而減輕高溫的傷害［5,16］。為了抵御熱脅迫，與熱敏型辣椒相比，耐熱型積累了更多的蛋白質和脯氨酸，表現出更高的SOD和POD等抗氧化酶活性［17-18］。酶類和非酶類抗氧化物質的積累有助于緩解熱脅迫導致的過氧化損傷，耐熱辣椒材料17CL30 中抗氧化物質的含量明顯高于熱敏材料05S180［19］。熱脅迫對辣椒的酶保護系統、滲透系統、細胞膜系統等均有不同程度的損傷，可見，清除熱脅迫下辣椒體內過量的ROS涉及一個復雜的網絡調控，其機制有待進一步研究。

1.3 生物膜系統對熱脅迫的響應

高溫可以通過涉及脂質組成變化和脂質與特定膜蛋白之間相互作用的整體效應，直接有效地改變細胞膜的流動性和滲透性。丙二醛（malondialdehyde, MDA）的積累對細胞具有毒害作用，常用其含量來衡量植物細胞膜脂過氧化作用［20-21］。遭遇熱脅迫后辣椒耐熱品系和熱敏品系細胞內MDA的含量也都增加，但其含量與辣椒植株的耐熱性呈負相關，常被作為篩選耐熱性植物的重要指標［18,22］。可見，與其他植物一樣，隨著辣椒遭受熱脅迫時間的延長，細胞膜系統被破壞，進而細胞膜通透性增加，膜脂過度氧化，MAD含量升高。

1.4 其他物質和代謝產物對熱脅迫的響應

可溶性糖、脯氨酸（Pro）、鈣離子、可溶性蛋白、可溶性酚類等滲透調節物質，可以通過調節細胞滲透勢，使植物細胞維持一定的膨壓，從而抵抗高溫的影響［23-24］。在正常條件下，植物體內Pro的含量很低，熱脅迫后其含量大幅度增加以提高植物的耐熱性，且辣椒耐熱品系Pro增幅大于熱敏品系，抵抗熱脅迫的能力更強［18,25］。高溫下穩定的光合速率和較高的Pro含量可以使耐熱辣椒植株更快地從熱害中恢復，從而獲得穩定的坐果率和坐果數，繼而獲得高產［26］。對辣椒的研究表明，外源Ca2+處理可以使幼苗葉片ROS清除酶活性和滲透調節物質含量得到提高，并減輕熱脅迫對細胞膜的傷害和對葉片中谷胱甘肽（glutathione, GSH）和抗壞血酸（ascorbic acid, ASA）的破壞［27-28］。除上述滲透調節物質外，1-甲基環丙烯［29］、硒［30］、沼液肥［31］等也能減輕高溫對辣椒的傷害。另外，檸檬酸作為三羧酸循環的關鍵，是許多相互關聯的代謝網絡的核心，其與辣椒耐熱性的關系尚不明確，需要進一步研究。

2 響應熱脅迫的分子機制

2.1 熱脅迫轉錄因子

2.1.1 熱激轉錄因子 熱激轉錄因子（heat shock factors, HSFs）作為轉錄調控網絡中的重要調控因子，通過調控熱激蛋白（heat shock proteins, HSPs）等脅迫響應基因的表達，在植物響應多種非生物脅迫中發揮重要作用［32］。從辣椒CM334基因組中共鑒定25個辣椒CaHSF基因，在耐熱品系R9葉片中，22個基因表達上調，2個基因表達下調，1個基因沒有明顯變化；而在熱敏品系B6葉片中，只有13個基因表達上調，10個基因表達穩定。CaHSFA2受熱脅迫誘導，能增強轉基因植株的基礎耐熱性和獲得耐熱性，其中，N-端片段（CaHSFA2△N）也能增強轉基因植株耐熱性，但弱于CaHSFA2。此外，CaHSFA2與CaHSP70-2和CaHSP24.2之間存在相互調節關系［6,33-34］。CaHSFA1d是辣椒耐熱性的正調節因子，且在耐熱辣椒品系R9中的表達比在熱敏感辣椒品系B6中更敏感。CaHSFA1d維持了熱脅迫下H2O2的動態平衡，提高了轉基因株系中HSFs、HSPs和抗氧化基因AtGSTU5的表達。這表明CaHSFA1d通過調節脅迫和抗氧化相關基因的表達來提高植物的耐熱性［35］。CaHSFB2a通過CaWRKY6和CaWRKY40參與的轉錄級聯和正反饋環路正調控植物對RSI的免疫和對高溫高濕（HTHH）的耐受［36］。CaHSFA5沉默植株對熱脅迫更加敏感，且CaHSFA5的沉默阻斷了HTS對CaHSP24和CaHSP70表達的誘導；HTS顯著增強了CaNAC2c與CaHSFA5啟動子片段的結合，當CaNAC2c在HTS攻擊的辣椒植株中沉默時，CaHSFA5表達水平降低，并能被CaNAC2c的瞬時過表達上調。表明CaHSFA5在耐熱性中發揮正調控作用，并且CaHSFA5在熱脅迫時由CaNAC2c直接和正向調控［37］。可見，與擬南芥、水稻、番茄等植物相比，目前辣椒HSFs的研究還很薄弱，尤其是B類HSFs，并且有研究報道B類HSFs具有共激活和抑制兩種功能，在不同植物中的表達特性不同，因此，要弄清辣椒HSFs應答熱脅迫的調控網絡需進一步深入研究。

2.1.2 其他類轉錄因子 除熱激轉錄因子外，植物體內還有一些轉錄因子家族也部分參與熱脅迫應答，如WRKY轉錄因子、NAC轉錄因子和堿性亮氨酸拉鏈bZIP（basic leucine zipper）等，這些轉錄因子的異位表達或抑制可能激活多種耐熱機制［38］。

WRKY基因家族是高等植物中最大的轉錄因子家族之一，通過調節植物激素信號轉導途徑，在植物響應各種脅迫中具有重要的生物學功能和作用機制。有研究表明，CaWRKY17、CaWRKY6和CaWRKY40都是RSI抗性和HTHH耐受性的正調控因子，但其調控方式不同。CaWRKY40的表達受SA、JA和ET調控，進而調控下游防御和耐熱性相關基因的表達，參與青枯菌侵染和高溫響應調控途徑。CaWRKY6調控RSI抗性和HTHH耐受性，部分是通過激活CaWRKY40來實現的，而CaWRKY17與CaWRKY40在細胞核互作并在辣椒HTHH耐受性以及RSI抗性中起協同作用［39-41］。CaWRKY27過表達降低了煙草和擬南芥的基礎耐熱性，同時伴隨著多個耐熱性相關基因的表達降低。沉默CaWRKY27提高了辣椒植株的基礎耐熱性，降低了辣椒葉片中H2O2的積累。熱脅迫條件下，CaWRKY27沉默的辣椒植株中編碼ROS清除酶的多個基因，如CaCAT1、CaAPX1、CaAPX2、CaCSD2和CaSOD1的表達量顯著升高。因此，辣椒CaWRKY27通過H2O2信號負調控基礎耐熱性［42］。CaWRKY27b被CaCDPK29磷酸化，并在辣椒響應RSI和HTHH的過程中充當CaWRKY40的轉錄激活因子［43］。CaWRKY20正調控RSI抗性和高溫耐受性，瞬時過表達CaWRKY20能夠顯著引起細胞死亡和H2O2的積累，并誘導免疫相關標記基因CaNPR1、CaDEF1和CaACO及耐熱性相關標記基因CaHSFA2和CaHSP24的表達上調［44］。此外，RT-qPCR表明CaWRKY8［45］和CaWRKY14［46］在熱脅迫下表達量均有所改變，表明其可能參與了辣椒對熱脅迫的耐受性調節過程。

NAM、ATAF和CUC組成NAC轉錄因子，是植物特有的基因家族，參與調控組織發育以響應生物和非生物脅迫。在辣椒中共鑒定出104個CaNAC基因，RT-PCR分析22個CaNAC基因響應高溫的表達模式，其中，CaNAC13、CaNAC20、CaNAC29和CaNAC53的表達量顯著上調，CaNAC27、CaNAC35、CaNAC37、CaNAC61、CaNAC72和CaNAC102的表達量也上調［47］。據報道，CaNAC2c在耐熱性和抗青枯菌的免疫力方面起積極作用，辣椒生長和防御反應之間的權衡由CaNAC2c轉錄和CaNAC2c蛋白通過與CaHSP70相互作用決定，而耐熱性-免疫權衡則分別由CaHSP70和CaNAC029與CaNAC2c互作依賴的方式調節［37］。另外，CaNAC55的表達受熱激的強烈誘導［48］，而CaNAC083在熱脅迫中可能起負調控作用［49］。

在非生物脅迫下，bZIP轉錄因子通過調控抗逆相關基因、調節滲透壓和清除活性氧等方式增強植物的抗脅迫能力。有研究發現，CabZIP53和CabZIP63正調控植物對RSI的免疫和對HTHH的耐受。CabZIP53受CaWRKY40直接調控，受CaWRKY6間接調控，而CabZIP63直接或間接地在轉錄和轉錄后水平上調節CaWRKY40的表達。此外，CabZIP53和CabZIP63均可在辣椒響應RSI或HTHH過程中與CaWRKY40形成正反饋回路［50-51］。

同時，CaZNF830通過直接或間接轉錄調控防御相關基因（CaHIR1、CaNPR1、CaPR1、CaABR1和CaHSP24），激活辣椒對RSI的免疫或對HTHH的耐受［52］，而CaBES1通過負調控CaHSFA2表達而降低辣椒的耐熱性［53］。此外，辣椒bHLH［54］、LBD［55］和Dof［56］轉錄因子也能響應熱脅迫，但其作用機制還有待進一步研究。目前辣椒熱脅迫轉錄因子的研究還集中在表達量水平，然而，各轉錄因子之間存在較為復雜的聯系，為理清辣椒熱脅迫轉錄因子調控網絡，今后還需利用新技術挖掘更多的轉錄因子，如MYB類、DREB類、MBF1c類等。

2.2 熱激蛋白

熱激蛋白HSPs作為分子伴侶參與維持蛋白質折疊的穩態，防止或修復HS引起的蛋白質錯誤折疊和降解，進而賦予植物耐熱性［57］。HSPs根據分子量和序列同源性可分為HSP100s、HSP90s、HSP70s、HSP60s和sHSPs（HSP40s、HSP20s、HSP10s）。從辣椒基因組中鑒定和分析了35個CaHSP20基因，并比較了HS處理下熱敏系B6和耐熱系R9葉片中各CaHSP20的轉錄模式。幾乎所有的CaHSP20基因都是由HS處理誘導的，符合B6和R9，表明CaHSP20的積累通過結合變性蛋白并防止它們不可逆聚集，來有效減少HS的損害并增強辣椒的耐熱性［58］。CaHSP16.4和CaHSP25.9通過減少活性氧的積累，增強抗氧化酶的活性，調節脅迫相關基因的表達，賦予植物耐熱和耐旱性［59-60］。CaHSP22.0沉默和過表達均提高了植株對熱和鹽脅迫的敏感性。然而，CaHSP22.0沉默的可能機制為質膜的損傷，而過表達的調控模式可能與CaHSP22.0與其底物結合水平不當導致的ROS破壞有關［61］。從辣椒基因組數據庫中鑒定到21個CaHSP70基因，啟動子和轉錄本表達分析表明CaHSP70s參與辣椒生長發育和熱脅迫響應。HS可能通過Ca2+參與的調控途徑誘導了許多CaHSP70基因。此外，胞質基因CaHSP70-2（正調節因子）的異位表達調控了脅迫相關基因的表達，提高了轉基因擬南芥植株的耐熱性［62］。同時，CaHSP70-1可能通過含有Ca2+、H2O2和Put的信號轉導途徑參與HS防御反應［63］。CaBiP1可能通過減少ROS積累，提高保水能力，增強UPR途徑和脅迫相關基因的表達，從而提高辣椒對非生物脅迫（包括熱、鹽、滲透和干旱）的耐受性［64］。有研究者鑒定了辣椒基因組中的16個HSP60基因，分析它們在熱敏B6和耐熱R9系中響應HS的動態表達譜發現，在R9系中，有15個基因表達上調，只有1個基因下調，在B6系中，有14個基因上調，2個基因下調，表明HSP60s可能在熱脅迫方面發揮積極的調節作用。此外，CaHSP60-6的敲除增加了對熱脅迫的敏感性，表明CaHSP60-6在防御辣椒免受熱脅迫方面起正調節作用［65］。據報道，辣椒基因組中含有7個CaHSP90家族基因，所有HSP90都響應熱脅迫，且大部分在脅迫初期就積極響應。分析發現，7個CaHSP90在熱脅迫下有兩種表達模式，一種為先上調后下調再上調；另一種為先下調后上調，這可能與響應脅迫過程中的分工相關［66］。每類植物熱激蛋白有其特定的功能，但彼此之間又有密切合作，目前辣椒上涉及各類熱激蛋白之間相互作用關系的研究較少，因此還沒有形成不同的HSPs調控網絡。

2.3 其他重要蛋白基因

蛋白激酶和蛋白酶是植物信號傳導的關鍵參與者，在細胞感知環境刺激后，將細胞外信號轉化為細胞內反應，通過介導各種細胞信號網絡途徑來調節相關的基因表達、植物激素的產生和蛋白質功能，從而激活植物在逆境中的抗性［67-68］。辣椒基因組中存在31個CDPK基因和5個CDPK相關蛋白激酶（CRK）基因，脅迫表達譜（熱、鹽和青枯菌）顯示，13個CDPK基因和2個CRK基因在響應高溫過程中表達譜發生了改變，表明辣椒對高溫的響應可能包括由不同CDPK基因和CRK基因介導的多個過程的重編程［69］。CaDPK17和CaCDPK29分別是抗青枯病的負調節基因和正調節基因，但在抗HTHH過程中均起正調節作用。此外，CaCDPK17和CaCDPK29可分別與CaWRKY17在細胞膜互作并調節CaWRKY17介導的辣椒HTHH耐受性及青枯病抗性，其中，與CaDPK17互作，減弱了CaWRKY17抵御青枯病的能力，增強了耐HTHH的能力，而與CaDPK29互作，CaWRKY17在辣椒抵御青枯病以及耐HTHH的能力均得到了提高［70］。CaFtsH06是一種新型絲狀熱敏蛋白酶基因，通過減少活性氧的積累、誘導脅迫相關酶的活性和調節防御相關基因的轉錄等機制干擾辣椒的生理指標，從而提高辣椒的非生物脅迫（熱、鹽、干旱）耐受性［71］。編碼HAESA-LIKE（HSL）類受體蛋白激酶（RLK）的CaHSL1在辣椒響應HTHH過程中受HTHH或脫落酸誘導且表達顯著上調。CaHSL1沉默顯著降低了對HTHH的耐受性并下調相關基因CaHSP24的轉錄水平，而瞬時過表達CaHSL1提高了CaHSP24的轉錄豐度，增強了對HTHH的耐受性。CaHSL1在轉錄水平上受CaWRKY40直接調控，在辣椒響應HTHH過程中發揮正調控作用［72］。辣椒中與細胞壁相關的RLK-like（WAKL）基因CaWAKL20的轉錄水平受熱脅迫下調，而受ABA處理上調。CaWAKL20沉默增強了辣椒的耐熱性，而過表達降低了擬南芥株系對熱脅迫的耐受性和對ABA的敏感性，同時降低了ABA響應基因的熱誘導表達。因此，CaWAKL20通過抑制ABA響應基因的表達負調控植物的耐熱性［73］。

非生物脅迫通過誘導蛋白質變性負向影響植物的生長發育，而自噬會降解受損的蛋白質以緩解其毒性。從辣椒全基因組中鑒定到15個核心ATG成員，包含29個具有ATG結構域的蛋白，涉及自噬的所有過程。熱脅迫后，8個基因顯著上調，1個基因下調。冷脅迫下，14個基因上調，4個基因略有下調。在熱脅迫條件下，耐熱品系R9中上調表達的CaATG基因的數量和點狀區域的增量明顯高于熱敏感品系B6，表明細胞自噬與辣椒耐熱性有關［74］。CaATG16對辣椒的耐熱性具有正調控作用［75］，而CaATG8c基因的沉默和過表達均降低了植株對熱和鹽脅迫的耐受性［76］。幾丁質結合蛋白（chitin-binding proteins,CBP）是發病機制相關基因家族，在植物的防御反應和生長發育中起關鍵作用。從辣椒基因組數據庫中檢索到16個假定的幾丁質基因（CaChi），HS處理下，14個基因上調，2個基因下調。CaChiVI2在辣椒耐熱和干旱脅迫中起著重要的作用，并通過減少活性氧（ROS）的積累和調節防御相關基因的表達來抵抗辣椒疫霉［77-78］。除此之外，CaMLO6［79］、CaSWC4［80］、CaSYT5［81］和CaZhp2［82］在辣椒對HTHH的反應中也均起正調節作用。這些高溫響應基因的發現，為揭示辣椒響應熱脅迫的分子機制提供了切入點。

3 響應熱脅迫的組學機制

得益于生物信息學的長足發展，組學分析已經成為解析植物在環境脅迫下復雜響應機制的重要研究途徑［83］。目前，已有研究者從轉錄組學、蛋白質組學或代謝組學水平挖掘出新的辣椒高溫響應基因、蛋白質及關鍵代謝物，以深入了解辣椒適應熱脅迫的調控網絡，為培育優質耐熱辣椒材料奠定基礎。

3.1 轉錄組

通過轉錄組分析揭示了熱脅迫下熱敏感型辣椒‘S590’和耐熱型辣椒‘R597’的轉錄差異，GO和KEGG富集分析確定鑒定的DEGs涉及熱激蛋白、熱激轉錄因子、激素以及鈣和激酶信號。此外，發現35個參與脅迫響應的基因，大部分熱激蛋白在2個基因型中均上調表達，且在‘S590’中的表達量高于‘R597’；轉錄因子和激素信號基因在‘R597’中的表達量高于‘S590’［84］。基于RNA-seq分析了耐熱品種‘17CL30’和熱敏感品種‘05S180’在苗期響應熱脅迫的轉錄組應答，HS下，有2 455個基因僅在‘17CL30’中特異表達，這些基因和某些共有基因的差異表達可能與‘17CL30’更耐熱相關。對DEGs進行GO和KEGG分析表明，與‘05S180’相比，‘17CL30’具有更強的信號轉導、糖代謝、ROS清除能力，因而具有更強的耐熱性［7］。對熱激和常溫下辣椒（C.annuum（Line, 6421））的葉和根進行了轉錄組分析，在根中鑒定到的DEGs多于葉中，6個CaHSFs（CaHSF3/8/10/24在葉中；CaHSF11/18在葉和根中）的表達受熱誘導。此外，分析了5個響應熱脅迫的HSFs在‘17CL30’和‘05S180’中的作用，其既能被熱激活（CaHSF4/9/22），也能被熱抑制（CaHSF3/11），CaHSF3/11的調控差異與品種的遺傳背景差異有關［85］。中國辣椒和柔毛辣椒比較轉錄組分析表明，HSF中有部分基因在兩個品種中的表達不同，這可能與中國辣椒和柔毛辣椒的耐溫性差異相關。差異表達基因的KEGG富集分析表明，熱脅迫下，玉米素生物合成、苯丙素生物合成、脂肪酸延長作用和植物激素信號轉導等通路被顯著富集［86］。這些研究為解析辣椒耐熱性分子機制提供了基因資源。

3.2 代謝組

基于LC-MS/MS分析了耐熱品種‘17CL30’和熱敏感品種‘05S180’在苗期響應熱脅迫的代謝組應答，‘17CL30’中有94種DAMs（42種上調、52種下調）；‘05S180’中有108種DAMs（57種上調、51種下調）。分析DAMs的組成可知，可溶性糖、氨基酸、氨基酸衍生物、黃酮類物質和有機酸類物質與辣椒的耐熱性密切相關。其中，氨基酸類衍生物GSH可能在辣椒的熱脅迫響應過程中起關鍵作用［7］。熱脅迫下，對中國辣椒和柔毛辣椒中的植物激素信號轉導通路分析表明，柔毛辣椒中的茉莉酸上調表達，且僅與JAZ相關的DEGs有顯著性差異表達，其中，中國辣椒中的JAZ略有下調但無顯著性差異，而柔毛辣椒以上調表達為主，且部分基因存在顯著性差異，顯示了其對高溫更加強烈的響應［86］。

3.3 蛋白質組

采用iTRAQ定量蛋白質組學分析方法，通過分析熱脅迫下‘17CL30’和‘05S180’幼苗可能的熱響應蛋白質組學發現，1 591種蛋白質參與了熱應激反應過程。與‘05S180’相比，‘17CL30’的耐熱性可能與更高的ROS清除、光合作用、信號轉導、碳水化合物代謝和應激防御有關［87］。對HS處理的辣椒果實進行了轉錄組、蛋白質組和代謝組的整合分析發現，HS改變了光合作用、刺激響應、碳水化合物代謝過程和蛋白質折疊過程相關基因的表達和蛋白質的豐度。HS顯著降低了屬于脂肪酸的代謝物含量，而誘導了屬于有機含氧化合物和有機酸的代謝物。尤其是HS降低了辣椒素和AsA的含量。此外，發現了3個轉錄因子在熱激條件下調控CBGs的表達［88］。

4 問題與展望

全球氣候變暖導致極端高溫事件頻發，熱脅迫已經成為影響糧食安全的重要問題，是限制植物生長和產量形成的主要非生物脅迫之一。近年來，在擬南芥、水稻和番茄等模式植物中，植物響應熱脅迫的分子機制研究已經取得了很大的進展，然而，有關辣椒響應熱脅迫的分子機制研究仍需進一步努力。第一，熱脅迫下多組學聯合分析方面的研究較少。雖然目前已有熱脅迫下辣椒組學方面的研究報道，但大部分都是單一組學或兩兩聯合組學的研究，不能系統闡明辣椒應答熱脅迫的分子機理。轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學整合了基因表達的分子見解，將遺傳信號翻譯成具有特定功能的蛋白質，控制著細胞內不同初級和次級代謝產物的合成。因此，多組學聯合分析能夠將從不同層面上獲取的信息聯系起來，從而全面解析辣椒響應熱脅迫的復雜機制。第二，辣椒響應熱脅迫的調控網絡尚不完整，還不能用來指導生產實踐。雖然目前已經用反向遺傳學方法或者用轉錄組學方法鑒定出一些響應熱脅迫的基因，但由于辣椒的遺傳體系尚未完全建立，部分基因的功能還沒有得到確切的驗證，加上當前大部分研究只局限于零散的單個基因在熱脅迫響應方面的功能研究，因此，當前無法整合出辣椒完整的調控網絡。

得益于現代分子生物學技術的長足發展，未來可將現代生物技術與產業實際相結合，在以下幾個方面開展進一步的研究。第一，傳統育種耗時久，育種效率低，應該加快開發與辣椒耐熱性緊密連鎖的分子標記，通過分子標記輔助選擇，提高辣椒育種效率。第二，目前市場上優良的辣椒耐熱品種較少，下一步應利用前沿生物技術，對辣椒耐熱性進行基因改良，創制性狀優良的辣椒耐熱新品種。第三，辣椒對熱脅迫的響應是一個多基因控制的復雜的反應機制，接下來應該利用新技術挖掘更多響應辣椒熱脅迫的基因，探索出完整的辣椒熱脅迫調控網絡。目前對辣椒響應熱脅迫機制的研究主要集中在通過熱激蛋白、活性氧清除以及未折疊蛋白清除參與的植物耐熱調控途徑方面，隨著研究的不斷深入，今后可以考慮將G蛋白調控、鈣信號傳導及解碼、蠟質代謝通路聯系起來，闡明一條從上游信號產生到下游生理生化響應的調控通路。第四，對于不同的生育期，辣椒響應熱脅迫的程度和機理也可能不同，目前對辣椒耐熱性的研究大部分都集中在苗期，對成株期和果實成熟期的研究較少，下一步應加強這方面的研究。