辣椒（Capsicum annuum）是我国第一大蔬菜产业，种植面积3200万亩/年以上，占蔬菜总面积10%，总产约5800万吨/年，产值超2500亿元/年。杂交育种技术在大田作物上得到了广泛应用，然而辣椒杂交制种仍然主要依赖于人工去雄，操作成本高昂且效率偏低，是限制辣椒种业可持续发展的产业难题之一。

细胞核雄性不育（Genic Male Sterility，GMS）指雄性不育表型由核基因所控制，不受细胞质母系遗传的影响，没有正反交的遗传效应。相较于细胞质雄性不育（Cytoplasmic male sterility, CMS）是由核质互作控制育性，GMS是由单基因控制，不存在核质互作不育材料不足的问题，生产应用上更为简单。因此，利用GMS材料进行杂交制种，能够显著降低生产成本，并能有效保障杂交种子的纯度。

最近，北京市农林科学院蔬菜所辣椒育种团队在一份育种骨干材料BV3790中，鉴定到一份GMS自然突变体msc-4，其花粉完全败育且无外壁结构，但营养生长正常；通过基因定位与功能分析，发现Msc-4/CaCYP703A2基因的第487位碱基C→T无义突变导致提前终止密码子是花粉败育的直接原因；RT-qPCR和组织原位杂交表明，Msc-4在花药绒毡层和小孢子中特异性表达。比较转录组分析表明，msc-4突变体中脂肪酸延伸途径基因（如KCS1, KCR1）及孢粉素合成关键酶基因（如ACOS5, PKSB）显著下调。在野生型辣椒中沉默Msc-4可重现外壁缺失的发育缺陷表型，而在花药特异表达Msc-4能够回补拟南芥cyp703a2突变体，花粉发育恢复正常，植株可育。酵母单杂交（Y1H）和双荧光素酶报告系统（Dual-LUC）实验证实AMS-MYB80转录级联直接激活Msc-4表达，绒毡层转录因子AMS结合MYB80启动子并激活其转录，MYB80进而结合CYP703A2/Msc-4启动子驱动其表达，这表明AMS-MYB80-CYP703A2调控分子通路在茄科作物中同样保守。研究团队还尝试CYP703A2在其它蔬菜上的应用潜能，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，敲除番茄和黄瓜中CYP703A2的直系同源基因，并获得相应的纯合GMS突变体，发现上述突变体的花粉败育而营养生长完全正常，证明该位点是创制蔬菜GMS种质的一个关键靶点，有希望应用于蔬菜育种实践中。

上述结果以研究论文“The natural Msc-4 allele confers genic male sterility via conserved and divergent gene regulatory mechanisms in pepper”（DOI: 10.1093/plphys/kiaf474 ）近期发表在Plant Physiology，被选为“Feature Article”，期刊编辑María Flores-Tornero高度评价了本项研究工作，并以题目“Unlocking hybrid vigor: a new genic male sterile gene in da house”发表相关评述文章（https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf523），指出该研究揭示了CYP703A2调控辣椒、番茄和黄瓜的基因雄性不育，其机制在于Msc-4/CYP703编码的酶参与花粉外壁形成过程中的脂质代谢，从而为开发新型杂交蔬菜制种技术提供了关键理论依据。

蔬菜所耿三省、刘宁、温常龙研究员为该论文的共同通讯作者，蔬菜所杜和山、张晓飞以及中国农科院蔬菜花卉所李仁为共同一作。本研究得到了国家重点研发等项目的资助。