Identification of Candidate Genes Responsible for Low-pungency in the EMS-induced Mutant of Pepper (Capsicum annuum L.)

Abstract

Capsaicinoids are the unique compounds found in Capsicum, and 90% of capsaicinoids comprise capsaicin and dihydrocapsaicin. Capsaicinoids biosynthesis can be controlled by two types of genes including structural and regulatory genes. However, only a few genes in the capsaicinoid biosynthetic pathway have been discovered. In this study, the low-pungent mutant line 1559-1-2h was selected as a genetic resource to identify a novel genetic factor controlling capsaicinoid biosynthesis. The average capsaicinoid contents of the control and a parental line, including Yuwolcho (17,339±11,527 ug/g DW) and MicroPep Red (11,722±5,749 ug/g DW), were significantly higher than of 1559-1-2h (167±243 ug/g DW). Inheritance studies revealed that low-pungency in 1559-1-2h is controlled by a major gene. This major gene was named Pun6 in this study. Then a genetic study was conducted to discover the gene governing Pun6 that regulates the low-pungency of the C. annuum mutant line 1559-1-2h. To identify the Pun6 genetic region, Bulked Segregant RNA-Seq (BSR-Seq) was performed using an F2 population derived from a cross between the low-pungent mutant with the MicroPep Red. The BSR-Seq analysis revealed that the Pun6 locus responsible for low pungency is located on chromosome 6. The physical position of Pun6 was predicted to be from 204.8 to 219.2 Mbp, and 11 candidate genes contain SNPs in the coding sequence were identified. Considering together with the results of BSR-Seq and fine mapping, the position of Pun6 was predicted to be around 208.0 Mbp. The information obtained in this study will be useful to identify a novel gene regulating capsicinoid biosynthesis in Capsicum.

고추 과실의 매운맛을 유발하는 캡사이시노이드 (Capsaicinoid)는 고추속 (Capsicum)에서 발견되는 독특한 화합물이다. 캡사이노이드의 90%는 캡사이신과 디하이드로캡사이신으로 구성된다. 캡사이시노이드 생합성은 다양한 구조 유전자 및 조절 유전자에 의해 조절되며, 현재까지 Pun1, pAMT, Pun3, CaKR1 유전자에 대한 기능이 밝혀졌다. 본 연구에서는 캡사이시노이드 생합성을 조절하는 신규 유전인자를 규명하기 위한 유전자원으로, 유월초의 돌연변이 계통인 1559-1-2h를 선정하였다. 저신미를 갖는 돌연변이 계통 1559-1-2h와 고신미를 갖는 MicroPep Red (MR)과의 교배를 통해 얻은 F2 집단의 분리비가 2:1이라는 것을 확인했으며, 이를 통해 1559-1-2h의 저신미는 하나의 주요 유전자와 여러 개의 미동 유전자에 의해 조절된다는 것을 확인하였고, 이 주요 유전자좌를 Pun6라고 명명하였다. Pun6 유전자좌를 확인하기 위해 1559-1-2h와 MR과 교배를 통해 얻은 F2 집단을 사용하여 Bulked Segregant RNA-Seq (BSR-Seq)을 수행했다. BSR-Seq 분석 결과를 바탕으로 단일염기다형성 (SNP) 마커들을 활용하여 후보 지역을 208.0Mb근처로 예측하였다.