Гетерозис по накоплению капсациноидов у гибридов перца чили зависит от родительского растения.

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 14450 (2022 г.) Цитировать эту статью

1092 доступа

4 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Гетерозис по агрономическим признакам — широко распространенное явление, лежащее в основе селекции гибридных культур. Однако гетерозис на уровне клеточных метаболитов еще до конца не изучен. Некоторые метаболиты пользуются большим спросом, например, капсаициноиды, обнаруженные в перце рода Capsicum, которые придают плодам характерный острый («горячий») вкус. Нами проанализирован метаболический профиль плаценты плодов и околоплодника меж- и внутривидовых гибридов двух видов перца Capsicum: C. chinense (сорт Habanero и сорт Biquinho) и C. annuum var. annuum (сорт Jalapeño и сорт Cascadura Ikeda) в полных диаллельных скрещиваниях с обратными. Родители и гибриды выращивали в теплице, а профиль первичных метаболитов (сахаров, аминокислот и органических кислот) и капсаициноидов определяли с помощью газовой хроматографии-времяпролетной масс-спектрометрии (ГХ-ВП-МС) и сверхэффективной жидкостной хроматографии. хроматография, соединенная с масс-спектрометром (UPLC-MS), соответственно. Мы обнаружили значительные гетеротические эффекты именно по накоплению капсаициноидов в плаценте плодов гибридов, в том числе полученных от не острых родителей. Более того, на большую часть первичного метаболизма плодов влияла специфическая комбинация скрещиваний с выраженными эффектами родительского происхождения, т.е. использовался ли конкретный генотип в качестве родительского элемента пестиков или пыльцы. Различия в уровнях метаболитов между гибридами и их родителями дают представление о гетерозисе первичных и вторичных метаболитов и могут способствовать объяснению проявления гетерозисных фенотипов всего растения.

Capsicum — род семейства пасленовых (Solanaceae), включающий более 35 видов1. Пять видов (C. annuum var. annuum, C. chinense, C. baccatum, C. frutescens и C. pubescens) были независимо одомашнены в Центральной и Южной Америке и сегодня культивируются в субтропическом и умеренном климате по всему миру2. Плоды перца («стручки») имеют большое разнообразие формы, цвета и вкуса, поэтому на рынке существуют различные типы, выведенные специально для потребления в свежем виде (сладкий перец), переработки в свежем виде (например, соус, паста), сушеных специй3, экстракции олеорезина4 или декоративные цели5. Предпочтения потребителей в отношении разнообразных органолептических свойств также привели к широкому диапазону уровней остроты («жгучести»): от непомерно острых фруктов до мягких или совершенно сладких форм6. Остроту придают капсаициноиды — класс ванилиламидов, которые в различных количествах накапливаются в процессе созревания в плаценте плодов острых сортов7. Капсаициноиды, капсиноиды8 и другие вторичные метаболиты перца находят разнообразное применение в агропродовольственной, косметической и фармацевтической промышленности в качестве заменителей синтетических добавок9.

Перцы по своей природе являются аллогамными (т.е. ауткроссированными) видами10, однако коммерческие сорта перца управляются и разводятся как полностью автогамные11. Гибридизация сортов или видов перца обычно использовалась для фундаментальных исследований по выявлению представляющих интерес генов, но в последнее время она стала обычным явлением как инструмент селекции как таковой12. Гибридизационная селекция позволяет сочетать доминантно наследуемые признаки, включая устойчивость к болезням и агрономические признаки13. Еще одним преимуществом гибридов является то, что они могут проявлять значительную гибридную силу, или гетерозис14. Гетерозис — это сложное явление, которое сыграло фундаментальную роль в повышении урожайности многих однолетних культур, таких как кукуруза (Zea mays), сахарная свекла (Beta vulgaris), рапс (Brassica napus var. napus), рожь (Secale зерновые), рис. (Oryza spp) и хлопок (Gossypium spp), но лежащие в их основе молекулярные механизмы не поддаются объяснению15.

Хотя анализ метаболических вариаций, как правило, менее изучен, он также может указывать на важные различия, связанные с проявлением гетеротических фенотипов16. Метаболические модели гетерозиса предсказывают, что оптимальная концентрация ферментов и метаболитов достигается у гибридов, в отличие от того, что может произойти у инбредных линий17. В любом случае, изучение изменчивости метаболитов у гибридов может представлять интерес не только для получения механистического понимания гетерозиса, но и для информирования о селекции для более высокого содержания представляющих интерес метаболитов. Капсаициноиды являются очень ценными вторичными соединениями, но, как известно, их концентрация ненадежна, и на нее сильно влияет окружающая среда18. Были предложены новые гетерологичные платформы для производства капсаициноидов7,19, но достижение высокого и постоянного уровня остроты стручков острого перца представляет собой более непосредственный и удобный путь для селекционеров.