CsWIN1调控嫁接黄瓜果皮蜡质合成的分子机制研究

Fruit appearance quality is one of the important commercial characters in cucumber. Grafting on suitable rootstocks was commonly used to reduce wax powder and enhance the brightness of cucumber. But it remains unclear the mechanism underlying grafting regulated the wax biosynthesis. In our previous work, cucumber variety 'Jingyan 118' was grafted onto pumpkin rootstocks 'Jingxinzhen 6'. Transcriptome and methylation sequencing were conducted on grafted, self-rooted and failed grafted (grow slef root after grafted) cucumber. We isolated an important candidate gene CsWIN1, which encode an AP2/ERF-type transcription factor. CsWIN1is a homologous gene in Arabidopsis thaliana and positively regulate the biosynthesis of wax. The present research focus on the molecular function of CsWIN1 in cucumber through genetic modification (GM) and gene knock technology, and combined using Y2H, Y1H and EMSA techniques. The results will provide scientific basis on breeding brightness cucumber by MAS and also provide a reference for studying wax biosynthesis in other cucurbit crops.

黄瓜果皮外观品质是极其重要的商品性状。多个研究表明选用适宜南瓜砧木嫁接黄瓜，可以显著影响黄瓜蜡质合成，增加黄瓜果皮亮度，但目前关于嫁接调控黄瓜蜡质合成的分子机制尚不清楚。项目组前期以南瓜京欣砧6号为砧木，黄瓜京研118为接穗，对嫁接黄瓜、自根黄瓜和嫁接失败（嫁接后出现自生根）黄瓜的果皮进行电镜观察和代谢物分析，并结合转录组和DNA甲基化测序筛选到一个嫁接调控黄瓜蜡质合成的关键候选基因CsWIN1。该基因编码AP2/ERF类转录因子，是拟南芥正向调控蜡质合成的同源基因。本项目将对CsWIN1开展转基因过表达、基因敲除及转录组分析研究，验证其调控蜡质合成的分子机制；并结合酵母文库杂交技术、EMSA等分子蛋白手段挖掘CsWIN1调控蜡质合成的基因网络，解析嫁接调控黄瓜蜡质代谢的分子机理。本研究结果将为开展油亮型黄瓜分子标记辅助选择育种提供科学依据，同时也为其它瓜类作物的蜡质代谢研究提供参考。

黄瓜果皮外观品质是极其重要的商品性状。近年来，适宜南瓜砧木嫁接是减少黄瓜果皮蜡粉，增加果皮亮度的有效途径，但这一分子机制尚不清楚。本实验以南瓜京欣砧6号为砧木，黄瓜京研118为接穗，对嫁接和自根黄瓜的果皮进行电镜观察、蜡质代谢物分析、转录组测序、DNA甲基化和蛋白组测序分析，共鉴定到68个差异表达基因、20个DNA甲基化基因和365个差异蛋白。结合转录组和DNA甲基化测序筛选到一个嫁接调控黄瓜蜡质合成的关键候选基因CsWIN1。该基因编码AP2/ERF类转录因子，是拟南芥正向调控蜡质合成的同源基因。转录组和qRT-PCR试验证明CsWIN1与CsCER1, CsCER1-1, CsCER4, CsKCS1和CsABC共表达。代谢物分析发现嫁接黄瓜果皮的蜡酯含量增加而烷烃含量减少。酵母单杂交试验证实CsWIN1可以调控基因CsCER1和CsCER4的表达。基因CsWIN1的基因CDS区存在一个非同义突变的SNP为点可以有效区分华北型和欧洲水果型黄瓜。CsWIN1可能是调控嫁接黄瓜蜡质合成和果实伸长的关键基因。本研究结果将为开展油亮型黄瓜分子标记辅助选择育种提供科学依据，同时也为其它瓜类作物的蜡质代谢研究提供参考。