“七五”以來，中國辣椒常規育種特別是雜種優勢利用取得了很大的成功，中椒、湘研、蘇椒和甜雜等系列F1代已成為商品椒生產的主栽品種。然而，和其他作物育種壹樣，目前辣椒育種的瓶頸是育種材料狹窄的遺傳背景。辣椒有豐富的遺傳資源，但被育種家利用的材料只是極少數。中國對辣椒種質資源的研究大多限於植物學性狀和園藝性狀的觀察，沒有系統地對這些種質資源進行鑒定和分類，更沒有有效地利用野生、半野生種質資源的有益基因對現有自交系進行改良或創新。分子標記是20世紀80年代發展起來的遺傳分析技術，目前在美、法、以、韓等國已經被廣泛用於辣椒種質資源的分類和鑒定。許多重要質量性狀的分子標記輔助育種已經達到應用階段。分子標記連鎖遺傳圖譜為復雜的數量性狀的改良和創新提供了藍圖。
壹、種質資源的鑒定和分類
用分子標記技術可以快速構建種質資源的指紋圖譜，為種質資源的鑒定和分類、優異種質資源的知識產權保護、核心種質庫的構建提供更加客觀的依據。
（壹）辣椒屬Capsicum frutescens和C.chinense的鑒定
Capsicum frutescens和C.chinense形態相似。在辣椒屬分類學中壹個長期的爭論是：C. frutescens和C.chinense究竟是兩個不同的物種還是同壹個種裏的兩個不同類型。通過RAPD（Random Amplified Polymorphic DNA，隨機擴增多態性DNA）標記分析，美國新墨西哥州立大學的研究者發現C.frutescens的品系間平均遺傳相似系數為0.85，C.chinense的品系間平均遺傳相似系數為0.80，而C. frutescens和C.chinense的平均遺傳相似系數僅為0.38（Bl and Bosland，2004）。根據這壹有力的證據，並結合兩者形態學性狀的差異及雜交後代的育性降低等事實，他們認定C. frutescens和C.chinense是辣椒屬裏兩個不同的物種。
（二）栽培辣椒起源中心和次生中心的遺傳多樣性比較
栽培辣椒（C.annuum var.annuum）起源於墨西哥，15世紀被航海家哥倫布帶到歐洲，後來傳到亞洲和非洲。亞洲、中南歐和非洲被認為是辣椒的次生中心。辣椒在尼泊爾被廣泛栽培，當地農民保存了數量繁多的地方品系。RAPD標記聚類分析表明在遺傳相似系數設定為0.80時，所有尼泊爾的地方品系均分在同壹組，而墨西哥的品系則可以分為8個不同的組（Bl and Bosland，2002）。這表明由於洲際遷移，尼泊爾的辣椒群體經過了壹個進化的瓶頸而具有很窄的遺傳背景。中國湖南、雲南、四川和陜西等省也有很多地方品系，是中國辣椒育種的主要遺傳材料。尼泊爾的案例應該對中國辣椒種質資源研究有啟發作用，即在采集具有中國特色辣椒種質資源的同時，應該更重視辣椒起源中心墨西哥種質資源的收集，因為起源中心有更為豐富的基因庫。
二、辣椒分子標記遺傳圖譜
遺傳圖譜是遺傳育種研究的基礎工具，是挖掘種質資源中有益基因特別是數量性狀基因的藍圖。在分子標記誕生以前，只有玉米和番茄等極少數作物有較完備的遺傳圖譜。分子標記的誕生為遺傳圖譜的構建提供了極大的方便。辣椒分子遺傳圖譜的建立得益於其和番茄這壹模式作物的親源性。番茄—辣椒的比較遺傳學研究表明：雖然辣椒的基因組進化經歷了較大的重組，導致辣椒的基因組比番茄大3～4倍且基因的排列順序差別很大，這兩種茄科作物卻有極其相似的基因內容。所有測試過的番茄cDNA探針都能與辣椒基因組DNA雜交（Tanksley et al.，1988）。應用這些探針的RFLP（Restriction Fragment Length Polymorphism，限制性片段長度多態性）標記構成了辣椒分子遺傳圖譜的骨架。到目前為止研究者已經發表了10幅辣椒分子遺傳圖譜，但最具代表性的是美國康乃爾大學和法國農業科學院發表的兩幅圖譜。
康乃爾大學圖譜（CU-Map）所用的群體是C.annuum×C.chinense的種間雜交F2代群體。此圖譜包括11個大連鎖群（76.2～192.3cM）和2個小連鎖群（19.1和12.5cM），總***覆蓋1245.7cM的基因組。Jahn博士領導的辣椒遺傳育種實驗室利用來自於番茄的RFLP標記探針對番茄和辣椒的基因組作了系統的比較遺傳學研究。結果表明兩者之間有18個同源連鎖片段，涵蓋了番茄基因組的98.1%和辣椒基因組的95%。通過這幅圖譜以及馬鈴薯的圖譜，他們確定了造成這3個重要茄科作物進化史上分化的染色體重組的類型和次數，並重建了這3者***同祖先的理論圖譜。這些染色體重組包括5次易位、10次臂內倒位、2次臂間倒位以及4次染色體的分離/締合。在作圖群體的兩個親本之間也存在3次染色體重組。CU-MAP***標定了677個包括RFLP，RAPD，AFLP（Amplified Fragment Length Polymorphism，擴增片段長度多態性）以及同工酶標記，平均每1.8cM就有1個標記。但是由於標記在染色體上的分布不是均勻的，54%的標記集中在著絲點附近，使得CU-MAP的骨架圖譜的標記密度是9cM/標記（Livingstone et al.，1999）。對於辣椒來說這種標記密度已經是理想的了。
法國農業科學院圖譜（INRA-MAP）所用的3個群體都是C.annuum種內雜交群體，其中有兩個DH（Doubled Haploid，加倍單倍體）群體（HV-H3×Vania和PY-Perennial×Yolo Wonder）和壹個F2群體（YC-Yolo Wonder×Criollo de Morelos 334）。因為常規育種所應用的種質資源主要來源於C.annuum，種內雜交圖譜能更好地用於分析育種實際使用的基因庫，能直接提供分子標記為育種服務。例如，這3個群體都有壹個親本對CMV和疫病有部分抗性，而另外壹個親本則對這兩種重要病害高感。HV和PY是DH群體，屬於永久群體，可以多次重復多年多點觀察各種數量性狀的遺傳。以Palloix博士為首的法國農業科學院辣椒育種小組也準備將YC群體轉化為永久性的RIL（Recombinant Inbred Lines，重組自交系即單粒傳後代）群體，以便於研究疫病抗性這壹重要的數量性狀（Palloix，個人通訊）。***有543、630和208個標記位點（包括RFLP，RAPD，AFLP，PCR，同工酶及形態學標記）被標定在HV、PY和YC圖譜上。通過整合這3幅圖譜，他們繪出了含有12個大連鎖群的整合圖譜，和辣椒單倍體的染色體數目相吻合，並和CU-MAP的研究結果相似，這個整合圖譜和番茄圖譜之間相互關系非常復雜（Lefebvre et al.，2002）。
壹批控制園藝性狀的基因或數量性狀位點（Quantitative trait locus，QTL），如抗病性、熟性、雄不育、辣味、果色、果重和果形指數等，已經被定位在分子標記遺傳圖譜上（表26-1）。這為通過分子標記輔助選擇（Marker-assisted selection，MAS）對多個性狀進行種質資源的改良和創新提供了條件。
表26-1 辣椒已定位的基因或數量性狀位點
表26-1 辣椒已定位的基因或數量性狀位點（續）-1
三、種質資源改良和創新中的分子輔助篩選
對種質資源中有益基因的利用存在新舊兩種模式：表型選擇法和基因選擇法（Tanksley and McCouch，1997）。表型選擇法對於有單基因控制性狀的育種是成功的，如辣椒抗根結線蟲育種等。但是由於受性狀鑒定的條件限制，表型選擇法只能操作數量有限的基因。對於辣椒的大部分重要數量性園藝性狀，如產量、抗CMV、抗疫病、果實性狀等，表型選擇法有很大的局限性，會漏掉很多有利的基因。基因選擇法可以同時選擇多個基因位點，可以在苗期進行選擇，提高種質資源改良和創新（特別是遺傳復雜的數量性狀的改良）的效率和針對性。基因選擇法需有兩個前提條件：壹是覆蓋度高、密度較高的分子標記遺傳圖譜；二是標定在此圖譜上的需選擇的基因和數量性狀位點。下面通過3個例子說明基因選擇法在種質資源改良和創新上的應用。
（壹）核質互作雄性不育恢復基因
辣椒質核互作不育（Cytoplasmic Male Sterility，CMS）可以提高雜交制種的效率和純度，在生產上很有前途。CMS中育性恢復由主效和微效基因***同控制，且受到環境條件如溫度的影響。恢復系在辣椒中可以找到，但在大果形甜椒中則沒有。在向大果形甜椒中轉育恢復基因的過程中，需要通過和不育系測交才能確定恢復基因的存在。研究表明通過表型選擇法來創造大果形甜椒恢復系非常困難。中國農業科學院蔬菜花卉所辣椒育種組利用21號牛角椒（rfrf）和湘潭晚（RfRf）的F2群體篩選了和主效恢復基因Rf連鎖的分子標記（Zhang et al.，2000）。兩個RAPD標記和Rf連鎖：OP131400離這壹主效基因僅0.34cM；OW19800位於Rf的另壹側，遺傳距離為8.12cM。供試的甜椒品種均沒有這兩個標記，這兩個標記可以用於將辣椒的主效育性恢復基因轉移到甜椒中去。
和法國農業科學院合作，該課題組將育性恢復作為數量性狀定位在以Perennial（RfRf）×Yolo Wonder（rfrf）雙單倍體群體構建的分子標記遺傳圖譜上（Wang et al.，2004）。主效恢復基因被定位在辣椒6號染色體上，並定位了4個微效基因。其中壹個微效基因被定位在2號染色體上，並和控制辣味的基因（Pun1）緊密連鎖，這解釋了為什麽辣椒品系恢復系頻率更高。同時發現保持系Yolo Wonder也有可提高育性恢復的微效基因，這表明育性恢復有超親優勢。這些結果對於創造高不育度的不育系和高恢復度的恢復系有很大的指導意義。
（二）抗黃瓜花葉病毒（CMV）
CMV在辣椒上能產生嚴重的花葉癥狀、導致葉片變形扭曲和並能損害果實的商品性狀，是辣椒最嚴重的病害之壹。CMV抗性是典型的數量性狀，至今沒有發現壹份材料對CMV有完全的抗性。但部分抗性在栽培辣椒的野生品系和近緣野生種中時有發現。這些材料對CMV的抗性或耐性機制主要有3種：①抑制病毒侵入寄主細胞；②抑制病毒的繁殖；③抑制病毒的移動。另外中國CMV抗源材料二斧頭中還有另外壹種CMV耐性機制，即感病後能夠恢復（Palloix，個人通訊）。把控制這些抗性機制的基因通過育種疊加在壹起是獲得高抗品種的必然途徑。
Cnta等將Perennial上的抑制病毒侵入的QTL定位在3號和12號染色體上。8號染色體的TG66位點本身不提供抗性，但和12號染色體上的QTL有上位互作。這3個位點***解釋57%的表型變異（Cnta et al.，1997）。甜椒自交系Vania能部分地抑制病毒的長距離移動，這種抗性主要由12號染色體上的主效QTL-cmv12.1提供。取決於表型鑒定的方法，該QTL解釋45%～63.6%的表型變異（Cnta et al.，2002；Parrella et al.，2002）。Palloix等觀察到，Vania抵抗病毒侵入的能力很低，但卻有較高的抑制病毒移動的能力；而Perennial正好相反。育種結果表明綜合這兩種不同抗病機制的QTL的材料有很大的超親優勢（Palloix，個人通訊）。
Ben Chaim等將Perennial中另壹個抗CMV的QTL-cmv11.1定位在第11號染色體上。該QTL和抗TMV基因L連鎖，但處於排斥相，這解釋了在Perennial中CMV抗病性和TMV感病性是相關的。Perennial上，其3、4、8號染色體上的抗CMV的QTL和控制果重的QTL fw3.2、fw4.1及fw8.1連鎖。這樣在回交過程中，Perennial的小果重QTL就會隨著抗CMV的QTL壹起被導入到輪回親本中（Ben Chaim et al.，2001）。要打破這種連鎖累贅，必須用分子標記精確地定位這些緊密連鎖的QTL並在較大的回交群體中篩選重組植株。
（三）抗疫病
疫病是辣椒最嚴重的土傳病害，目前國際辣椒育種界公認抗病性最強的材料是來自於墨西哥的小果形地方品種Criollo de Morelos 334（CM334）。法國農業科學院Palloix小組對這份抗源作了細致的研究，確定了6個QTL：Phyto.4.1、Phyto.5.1、Phyto.5.2、Phyto.6.1、Phyto.11.1和Phyto.12.1（Thabuis et al.，2003；2004）。其中Phyto.5.1和Phyto.5.2也存在於其他辣椒品系中如Perennial和H3等。Phyto5.2現在可以通過壹個緊密連鎖的PCR標記D04來輔助選擇（Quirin et al.，2005）。
CM334現已被各國育種研究機構和種子公司廣泛用於抗疫病種質資源的改良或商業育種。Thabuis等人（2004）利用分子標記比較了不同輪回育種方案在轉育CM334抗病性時的效率，發現在高選擇壓力時的抗病QTL不易丟掉。經過多年的努力，Palloix小組已經育成了疫病抗性較強的優異甜椒品種（個人通訊）。這些材料的引進為快速提高中國抗疫病育種的水平提供了機會。
在“七五”至“九五”期間的快速發展以後，中國辣椒育種目前又面臨新的瓶頸。這主要是由於辣椒種質資源的收集、鑒定、改良和創新的力度不夠，導致育種研究後繼乏力。由於辣椒轉基因很困難，這使得分子標記輔助育種成為提高育種效率的重要生物技術手段。然而除了核質互作雄不育恢復以外，分子標記技術尚未在中國辣椒遺傳研究中發揮其作用。為了加強分子標記技術在辣椒育種和種質資源利用上的研究，人們仍然有很多基礎工作要做，包括通過分子標記建立中國辣椒核心種質資源庫、建立分子標記遺傳圖譜、重要性狀的分子遺傳機理研究、分子標記輔助育種的實用化等。這些工作的實施，需要借鑒美、法、以等國先進的研究成果，需要密切關註其他茄科作物如番茄、馬鈴薯和煙草基因組學的最新進展，更需要國內從事辣椒種質資源研究、分子生物學研究和育種研究單位的通力合作以及可***享的創新研究體系的建立。