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辣椒是一种重要的蔬菜作物,因其果实可作为烹饪调味品,含有必需的维生素和其他营养物质而深受人们喜爱。但是,辣椒对高温比较敏感,特别在生殖生长期。一旦遭受持续高温,辣椒的授粉受精会受到严重伤害,从而导致辣椒果实产量和品质的下降。因此,阐明辣椒对热胁迫响应机理有助于寻找提高辣椒耐热性的方法,减轻热胁迫对辣椒造成的伤害。为实现这一目标,首先要对辣椒的热胁迫相关基因进行鉴定分析并研究其功能。本研究鉴定了辣椒的3个热胁迫相关基因家族,包括热激转录因子(Hsf)、热激蛋白70(Hsp70)和热激蛋白20(Hsp20)家族;分析了家族成员的基因结构、保守结构域和系统发育关系;分析了家族成员的组织特异表达和对非生物胁迫的响应;研究了其中3个热胁迫相关基因的功能。主要得到以下结果:1、辣椒CaHsf基因家族共有25个成员,根据保守的氨基酸结构域可分为A、B、C 3个亚家族,其中A亚家族成员最多,B亚家族次之,C亚家族成员最少,只有1个;基因家族成员分布于辣椒12条染色体中的11条,其中11号染色体没有成员分布;家族成员的结构高度保守;基因表达具有组织特异性,至少在根、茎、叶、果皮和胎座中的其中1种组织有表达;家族基因对热胁迫、盐胁迫、渗透胁迫和外源钙离子、腐胺、脱落酸和茉莉酸甲酯有响应。2、辣椒CaHsp20基因家族共有35个成员,结构较为保守,分属于12个亚家族;家族成员分布于辣椒的12条染色体上,其中3、6和8号染色体成员较多,各有5个,2、11和12号染色体成员最少,各有1个;几乎所有家族成员含有内含子数目不超过1个,但是CaHsp27.6例外,有5个内含子;在常温下,家族基因在不同组织中表达水平较低,但受热胁迫强烈诱导;热胁迫处理下,基因在耐热品系R9中的表达峰值出现时间早于热敏品系B6;基因启动子中含有多种逆境响应元件,包括热激元件。3、辣椒CaHsp70基因家族共有21个成员,结构最为保守;根据细胞定位可分为4个亚家族,胞质、内质网、线粒体和质体亚家族,其中胞质亚家族成员最多;家族成员分布于辣椒12条染色体上;基因中内含子数目多样,CaHsp70-2、CaHsp70-13和CaHsp70-20基因中没有内含子,CaHsp70-10中内含子最多,有10个,胞质亚家族成员的内含子数目不超过1个;启动子中含有多种胁迫相关的顺式作用元件,包括热激元件、低温响应元件、防御和胁迫响应元件、植物激素响应元件,其中CaHsp70-10启动子中的热激元件最多;家族基因表达具有组织特异性,同时受热胁迫和Ca2+调控。4、辣椒热激转录因子CaHsfA2基因定位于细胞核,具有转录活性;转基因植株表型和对照相比没有差别,CaHsfA2能够增强转基因植株耐热性和耐盐性,能够调节转基因株系中胁迫相关基因的表达;其启动子有基础活性,受热胁迫、低温和盐胁迫诱导;N-端区域(CaHsfA2△N)虽然缺少激活结构域和核输出信号,但是也能够增强转基因植物耐热性,然而其功能弱于CaHsfA2。5、辣椒热激蛋白CaHsp70-2定位于细胞质和细胞核;CaHsp70-2基因不影响转基因植株的正常生长;CaHsp70-2能够增强转基因植物耐热性,包括本底耐热性、获得耐热性和适度高温耐性,能够降低耐盐性和耐旱性;能调控转基因植株中胁迫相关内源基因表达,包括热激蛋白、热激转录因子、抗坏血酸过氧化物酶和肌醇半乳糖苷合酶基因。6、辣椒热激蛋白CaHsp24.2定位于线粒体和细胞质,也可能定位于叶绿体;转基因植株的生长不受过量表达CaHsp24.2基因的影响;CaHsp24.2能够增强转基因植物耐热性;能够调控转基因植物中热胁迫相关基因表达,其中表达水平变化较为明显的基因有AtHsp17.6B-CI、AtHsa32、AtAPX2和AtHsp90。7、沉默CaHsfA2、CaHsp70-2和CaHsp24.2的辣椒植株表现为株型矮小,叶片畸形;经过高温处理后,和阴性对照相比,沉默植株的耐热性降低;3个基因间存在相互调节的关系,和CaHsp24.2相比,CaHsp70-2对CaHsfA2基因调控更强;CaHsp70-2受CaHsf A2影响较小,受CaHsp24.2影响较大;CaHsp24.2和CaHsp70-2间的相互作用关系要强于与CaHsf A2的作用。