《Scientia Horticulturae》：Comprehensive genomic identification and expression analysis of the
U-box gene family and its association with pigment biosynthesis in pepper (
Capsicum annuum L.)
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本研究针对辣椒U-box E3泛素连接酶功能未知的问题，系统鉴定了55个CaU-box基因，通过进化分析和表达谱解析，发现CaU-box29/38/54与色素合成基因CaCPOX/CaF3H及泛素结合酶Ca10g18500存在显著共表达，首次揭示U-box介导的泛素化通路参与辣椒果实色素代谢调控，为辣椒品质改良提供新靶点。
辣椒作为全球广泛种植的蔬菜作物，其果实颜色是决定市场价值的关键品质性状。然而，果实着色机制复杂，涉及色素合成、降解及多层级调控网络。近年来研究发现，泛素/26S蛋白酶体途径通过靶向降解关键酶或转录因子参与植物色素代谢调控，但辣椒中U-box E3泛素连接酶家族的功能仍属空白。这项发表于《Scientia Horticulturae》的研究，首次在辣椒中完成U-box基因家族的系统鉴定，并深入解析其与果实色素合成的关联，为揭示辣椒着色分子机制开辟新视角。
研究团队采用生物信息学与实验验证相结合的策略：通过全基因组扫描鉴定辣椒CaU-box家族成员；利用最大似然法构建辣椒、番茄、拟南芥U-box蛋白系统进化树；采用qRT-PCR技术分析基因在果实不同发育阶段及黑暗/低温胁迫下的表达模式；利用自然开放授粉分离群体进行基因共表达网络分析。
3.1. CaU-box基因的鉴定与特征分析
研究鉴定出55个含典型U-box结构域的CaU-box基因，分布于12条染色体且呈现不均匀分布。基因结构分析显示同一进化支成员具有相似的内含子-外显子结构，如UI、UIII和UIV支成员均无内含子。
3.2. 系统进化和保守域分析
178个U-box蛋白（含61个AtU-box、62个SlU-box和55个CaU-box）被划分为10个进化组。UX组含量丰富（22个CaU-box），且多数成员含有ARM结构域。保守基序分析显示同一组成员具有相似的基序组成。
3.3. 启动子顺式作用元件分析
启动子区预测到587个光响应元件、308个激素响应元件及54个逆境响应元件，表明CaU-box基因可能参与光信号、激素应答及胁迫适应等多重生理过程。
3.4. 果实发育过程中CaU-box基因的表达分析
qPCR结果显示多数基因在果皮和胎座中呈现动态表达模式。11个基因（如CaU-box3/4/16等）在果皮20 DPA时表达上调2倍以上，而在胎座中持续高表达，提示其具有组织特异性调控功能。
3.5. 黑暗和低温处理下CaU-box基因表达谱
黑暗处理显著抑制CaU-box9/24/36表达，而促进CaU-box29/30/39/40表达。20°C低温处理诱导14个基因在果皮中1小时达到表达峰值，其中8个基因上调超过5倍，显示其对温度胁迫的快速响应。
3.6. 共表达分析
通过自然分离群体相关性分析发现，CaU-box29与叶绿素合成基因CaCPOX呈强正相关（r=0.7444），CaU-box38与CaCPOX（r=0.7380）和类黄酮合成基因CaF3H（r=0.5740）显著相关。此外，CaU-box29/54与泛素结合酶基因Ca10g18500高度共表达，提示其可能形成E2-E3复合物参与色素代谢调控。
研究结论表明，辣椒U-box基因家族在进化上高度保守，其成员通过响应发育信号和环境因子参与果实色素稳态调控。特别发现CaU-box29/38/54与色素合成关键酶及泛素结合酶存在功能关联，暗示U-box介导的泛素化修饰可能是连接环境信号与色素代谢的重要枢纽。该研究不仅填补了辣椒U-box基因功能研究的空白，更为品质定向育种提供新的分子靶标。后续研究需通过蛋白互作验证和基因编辑技术，进一步阐明CaU-box29/38/54调控色素合成的分子机制。
