Genetic variability of Pun1 gene (Capsaicin synthase) in pungent cultivars of Capsicum annuum of Northern Mexico

Abstract

"Background: Capsaicinoids are exclusive of the genus Capsicum and are responsible for fruit pungency. The genetic basis of pungency is not yet fully understood, although several candidate genes have been analyzed including the Pungent gene (Pun1). Objective: The main aim of this study was to identify the Pun1 in some pungent samples of Capsicum annuum of Northern Mexico adapted to conditions of high temperature and analyze the variability of polymorphisms in the gene. Methodology: The coding sequence of the Pun1 gene was analyzed by Polymerase Chain Reaction and Restriction Fragment Length. Results: The Pun1 gene showed highly variable patterns; the variable regions were sequenced, and we found 19 single nucleotide polymorphisms in the first exon and 7 in the intron, some polymorphisms generated amino acid changes; while that of Chiltepin cultivar showed more than one sequence. Implications: The protein homology model suggests that these polymorphisms could affect their functionality. Conclusion: All the pungent cultivars of Mexican C. annuum analyzed were positive to Pun1 gene and have a high variety of polymorphisms, this study provides evidence of the high variability that exists in the Pun1 gene responsible for pungency and could allow the selection of pungent variants to obtain a greater quantity of capsaicinoids for different applications."

"Antecedentes: Los capsaicinoides son exclusivos del género Capsicum y son responsables de la pungencia del fruto. Las bases genéticas de la pungencia no han sido comprendidas completamente, aunque se han analizado varios genes candidatos, incluido el gen de la pungencia (Pun1). Objetivo: El objetivo principal de este estudio fue identificar el gen Pun1 en algunas muestras pungentes de Capsicum annuum del norte de México, adaptadas a condiciones de alta temperatura; y analizar la variabilidad de los polimorfismos en el gen. Metodología: La región codificante del gen se analizó mediante reacción en cadena de la polimerasa y los polimorfismos por análisis específicos con enzimas de restricción.Resultados: El gen Pun1 mostró patrones muy variables; las regiones variables fueron secuenciadas y encontramos 19 polimorfismos de un solo nucleótido en el primer exón y 7 en el intrón, algunos polimorfismos generaron cambios de aminoácidos; mientras que la del cultivar Chiltepin mostró más de una secuencia. Implicaciones: El modelo de homología de proteínas sugiere que estos polimorfismos podrían afectar su funcionalidad. Conclusión: Todos los cultivares pungentes de C. annuum analizados en este estudio fueron positivos para el gen Pun1 y presentaron una gran variedad de polimorfismos. Este estudio proporciona evidencia de la alta variabilidad que existe en el gen Pun1 responsable de la pungencia y podría permitir la selección de variantes con alta pungencia para obtener mayor cantidad de capsaicinoides para distintas aplicaciones. Palabras clave: Bioinformática; capsaicinoides; chile; variabilidad genética; pungencia; polimorfismos de un solo nucleótido."