辣椒“红辣”之谜如何解？北大团队用时空图谱揭秘

辣椒“红辣”之谜如何解？北大团队用时空图谱揭秘

近日，北京大学现代农业研究院、潍坊现代农业山东省实验室李博生研究员团队在《自然-植物》发表重要研究论文，成功构建辣椒发育时空图谱，提出层状模式转录因子概念，为理解植物果实品质形成提供了全新视角。

辣椒作为全球重要的蔬菜与调味作物，其“辣”源于辣椒素，“红”来自辣椒红素。尽管此前已明确这两类代谢物的生物合成通路，但它们在果实中呈现特定空间分布的原因，一直是科学难题。

为攻克这一难题，研究团队以辣椒自交系CA59为材料，系统采集从幼苗到成熟果实，涵盖根、茎、叶、花器官以及开花后不同天数果实发育时期的多个组织和阶段样本。借助整合单核转录组与空间转录组技术，团队解析了来自57个样本、332,468个高质量细胞，成功构建出覆盖辣椒多个器官和发育时期的高分辨率时空图谱，还搭建了Pepper Cell Atlas（http://Pepper-Cell-Atlas.com），为解析辣椒器官发育等提供了重要资源。

研究发现，辣椒多个器官具有清晰的层状组织结构。叶片中不同组织表达特征各异；花器官里萼片、胎座等呈现层级分化；果实中外、中、内果皮及胎座腺体形成与代谢功能相关的空间分区。

研究将“层状介观结构”从传统解剖学意义的组织分层，提升到理解果实品质形成的功能单元高度。“介观”介于单个细胞和完整器官之间，“层状”强调位置相邻、表达相似、功能协同的细胞层，这意味着果实品质由特定组织层中的细胞群、代谢通路和调控因子共同决定。

针对“辣椒为何会辣”，团队发现，辣椒素生物合成依赖胎座腺体内部不同细胞亚群的层级分工。胎座腺体可细分为前代谢腺体等，辣椒素合成相关基因主要富集在代谢活跃腺体。MYB31和WRKY9与辣椒素通路基因在空间定位和发育动态上高度一致，可能作为胎座腺体中的层状调控因子，参与辣椒素合成程序的局部激活。

对于“辣椒为何会红”，团队解析了外果皮内部的层状代谢分工。辣椒红素及相关类胡萝卜素合成基因在果实转色和成熟阶段，显著富集于外果皮特定区域。外果皮可分为叶绿薄壁组织和储藏薄壁组织，前者侧重光合作用等，后者富集辣椒红素合成和储存相关基因。

该研究不仅为辣椒发育和果实品质形成提供了重要数据资源，提出的“层状介观结构—层状模式转录因子—代谢空间分区”概念框架，也为植物器官中代谢物的空间组织提供了新理论视角，未来有望助力辣椒品质的针对性遗传改良。

该研究得到了国家自然科学基金等多个项目资助。

论文相关信息：

https://doi.org/10.1038/s41477-026-02293-w

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