辣椒红素是一种天然色素，是红色辣椒果实中类胡萝卜素合成途径的代谢终产物，其含量占成熟期红色辣椒果实色素含量的60%以上。辣椒红素颜色鲜亮，很容易着色，有着较长的保色期，且对人体无毒副作用被大量应用于食品工业，具有很好的发展前景。果实中辣椒红素的形成是由辣椒红素/辣椒玉红素合成酶（Ccs）催化环氧玉米黄质生成的。当果实进入绿熟期后，Ccs基因开始表达并逐渐增强，辣椒红素随之形成并开始积累。研究表明，黄色和橙色的辣椒果实由于缺少Ccs基因或Ccs基因发生了突变，导致辣椒果实成熟时不能变红。目前，辣椒主要在我国的西北部分地区进行大面积种植，这些地区干旱少雨，辣椒生产多采用塑料大棚栽培。而作为大棚的主要成分——塑料棚膜往往多年使用，透光性逐年降低，棚内光照差，一定程度上影响了辣椒色素的生产。随着对辣椒红素的研究不断深入，辣椒红素代谢途径也基本研究清楚，但环境因素对辣椒红素积累的影响目前研究较少，部分环境因素引起辣椒红素含量变化方面的分子机理尚不清楚；如何提高辣椒红素的含量和产量，至今鲜有人报道。基于此，结合前人研究成果，从环境调控入手，针对环境因素引起的辣椒红素合成机理进行分析，阐明影响辣椒红素合成的主要原因及其相关分子机理。主要研究有七部分，结果如下：1.土壤干旱胁迫影响辣椒红素合成及其合成途径关键基因的正常表达。主要包括：不同干旱胁迫下辣椒红素含量的测定以及辣椒红素合成途径相关基因(Ccs、Psy、Lcyb和Crtz)的表达模式分析。结果表明，土壤干旱影响辣椒红素的合成；轻度干旱和正常供水对辣椒红素的影响基本没有差异，但是土壤中度干旱和重度干旱往往会引起辣椒红素含量的降低。其次，干旱胁迫抑制了辣椒红素生物合成途径中关键基因的正常表达，尤其是干旱抑制了Crtz和Lcyb基因的正常表达，也是造成辣椒红素含量降低的原因之一。2.果实套袋影响辣椒红素的积累。主要包括：对不同时期的辣椒果实套袋，果实套袋对果面温度的影响，果实套袋对辣椒红素合成途径关键酶基因的影响。结果表明，套袋影响辣椒红素的合成，特别是在辣椒果实绿熟期套袋对辣椒红素的积累影响尤为突出。另外，套袋影响辣椒红素合成途径中Crtz和Ccs基因的正常表达，是导致套袋降低辣椒红素合成的主要原因之一。3.运用cDNA-AFLP差异表达的方法对遮光引起辣椒果色变化的差异基因进行了筛选。一共获得了80条差异条带(TDFs)。将这些TDFs进行测序和分析，根据遮光引起果皮褪绿的现象，序列比对发现一个与叶绿素相关的差异条带，将其进行电子克隆，测序后获得基因全长。通过蛋白三维结构的预测，发现该基因与辣椒材料Cv.VoucherBlackcluster上的核酮糖1,5-二磷酸盐碳酸酵素(rbcL)基因(GenBank: KF917582.1)同源性较高，是一种单体蛋白。聚类分析也表明该基因和rbcL基因为同一类基因。生物信息学分析发现，该基因可能参与叶绿素的合成过程。利用VIGS技术对该基因进行功能初步鉴定，鉴定结果表明，当沉默该基因时，辣椒果实发生了提前褪绿的现象，而且沉默后该基因的表达水平也大幅度降低；最后再次将辣椒果实进行遮光处理，检测该基因在遮光情况下的表达情况。检测结果发现，该基因在遮光情况下表达量很低，而且遮光后果实中的叶绿素含量也明显减少，进一步证明该基因的确参与了辣椒果实中叶绿素的合成过程，属于光敏感型基因。这一结果的获得，阐明了在弱光环境条件下辣椒红素含量降低的同时辣椒果色所出现的提前褪绿并转红的分子机理。4.适当浓度的ABA处理能够促进辣椒红素合成。主要包括，研究影响辣椒红素合成的外源ABA水溶液的最佳浓度；外源ABA的施用对辣椒红素合成途径关键酶基因的调控；外源ABA的喷施对内源ABA合成途径相关基因表达情况的影响等。结果表明，与对照相比，150mg/L浓度下的外源ABA对辣椒红素的合成有促进作用；同时外源ABA的施用也使ABA代谢途径中的关键基因(AO、Zep、NCED)高水平表达。外源ABA的施用，刺激了辣椒红素合成途径中Ccs基因及ABA合成的限速酶基因NCED的长时间持续高效表达，直接导致辣椒红素和ABA含量的增加。而随着内源ABA含量提高增加了辣椒果实的抗性，从而间接地保障了辣椒果实的健康地生长。5.进一步研究了Ccs基因与辣椒果实红色的关系。具体包括：不同果色辣椒Ccs基因的检测；在果实转色期，Ccs基因表达情况分析；以及不同果色Ccs基因开放阅读框的基因序列的比较。结果发现，Ccs基因并不仅在红色辣椒果实中表达，它也存在于部分黄色和部分橙色辣椒果实中。通过对红色辣椒R15、橙色辣椒R37-1和黄色辣椒CK7中的辣椒红素合成途径各基因的表达情况进行分析发现，虽然辣椒红素的合成受Ccs基因调控，但同时也受其他基因的调控，多个相关基因的协同配合，才能保证辣椒红素的顺利合成。6.建立了离体辣椒果实果色调控基因的VIGS检测体系。在前人研究的基础上，以离体辣椒果实为试材，通过烟草脆裂病毒诱导辣椒果实颜色形成相关基因沉默，构建重组病毒沉默载体pTRV2-Psy, pTRV2-Lcyb, pTRV2-Crtz, pTRV2-Ccs；利用农杆菌注射法，对辣椒红素合成途径的关键基因逐个或同时沉默，观察辣椒果实颜色的变化，解释不同基因在辣椒果实红色形成中的作用，为辣椒果实的果色调控提供了技术支持。7.探讨了调控辣椒红素合成的Ccs基因上游启动子不同重复单元的功能。通过构建1个启动子基本单元和3个不同重复单元启动子植物表达载体，采用农杆菌介导的瞬时表达方法，对这些不同重复单元启动子活性进行分析。GUS染色分析发现：与阴性对照相比，PL0，PL1，PL2，PL2-1启动子序列均有活性，而且活性差异不大；而基本启动子单元PL3活性较弱。初步判断Ccs基因启动子中的顺式作用元件不是剂量效应而是位置效应，即一个Ccs基因启动子的重复单元就能起到对Ccs基因的转录和调节转录的效果。