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薄皮甜瓜（Cucumis melo var.makuwa Makino）是重要的水果型蔬菜,在我国和东亚国家广泛种植。其根系较浅,叶片大而薄,对水分需求量大,灌水不足或灌溉不及时常使甜瓜产量和品质下降。白粉病是甜瓜生产上经常发生的病害之一,由于白粉病发生而造成农药大量使用,污染了环境,降低了产品的安全性。因此,提高薄皮甜瓜的抗旱和抗白粉病能力对于甜瓜产业健康发展有重要意义。光信号是植物生长发育的基础,适当程度的光强,尤其是红光（Red light,RL）可以提高植物的防御反应,但红光与薄皮甜瓜的防御反应间的关系还鲜有报道。脂氧合酶（Lipoxygenase,LOXs,EC 1.13.11.12）广泛参与植物的生长发育、果实成熟衰老和逆境胁迫等过程,但薄皮甜瓜中脂氧合酶家族基因在抗逆中的作用机制还不清楚。课题组前期从甜瓜基因组网站鉴定出18个LOX家族基因（CmLOX01-18）。本论文以薄皮甜瓜‘玉美人’为研究材料,通过RT-qPCR分析选出在干旱胁迫下表达模式不同的CmLOX10和CmLOX13进行干旱胁迫下（控水处理）的机制研究;筛选出诱导防御薄皮甜瓜白粉病的适宜红光光强和时间,利用酵母单杂交（Y1H）方法筛选到两个与CmLOX10启动子结合的转录因子,并进行了生物信息学分析。主要结果如下:1.用PEG6000模拟干旱胁迫处理0、3、6、12和24 h,RT-qPCR分析结果显示,CmLOX01、CmLOX02、CmLOX04、CmLOX05和CmLOX06的表达在处理后到24 h均无显著性变化;CmLOX03、CmLOX07、CmLOX08、CmLOX09、CmLOX14、CmLOX15、CmLOX16和CmLOX17略微上调表达;另外5个基因受到PEG6000强烈诱导,其中CmLOX10和CmLOX11具有相同的表达模式,在处理后立即显著上调表达并于6 h表达量达到峰值,CmLOX12和CmLOX13具有相同的表达模式,在处理后6 h开始显著上调表达并于12 h表达量达到峰值,同样,CmLOX18在处理后6 h开始显著上调表达,但在24 h表达量最高。结合表型分析,以上结果表明薄皮甜瓜响应干旱胁迫的5个LOX基因中CmLOX10和CmLOX11可能在干旱的早期起作用,CmLOX12和CmLOX13作用于干旱胁迫中后期,而CmLOX18可能主要参与衰老和死亡过程。2.我们以利用病毒诱导基因沉默（Virus-induced gene silencing,VIGS）技术获得的CmLOX10沉默的甜瓜植株和在拟南芥中异源表达获得CmLOX10过表达植株为试材进行自然干旱（控水）胁迫处理。与对照植株相比,过表达CmLOX10拟南芥在干旱胁迫后具有更高的成活率,电解质渗透率（EL）、丙二醛（MDA）和过氧化氢（H2O2）水平以及气孔开度和蒸腾失水率均显著降低,茉莉酸（JA）水平以及合成基因的表达升高。相反,CmLOX10沉默植株降低了对干旱胁迫的抗性,EL、MDA和H2O2水平以及气孔开度和蒸腾失水率均显著高于对照,而JA含量显著低于对照。但是,沉默植株和过表达植株的ABA含量均无显著性变化。外源JA处理可以缓解薄皮甜瓜幼苗受干旱胁迫造成的损伤,减小气孔开度。对CmLOX10启动子进行分析发现含有茉莉酸甲酯（MeJA）响应元件,且CmLOX10的表达受到JA的诱导。另外,JA信号途径核心转录因子CmMYC2基因表达受到JA和PEG6000的诱导,CmLOX10的启动子区域含有多个MYC结合元件,YIH结果表明CmMYC2与CmLOX10启动子直接结合。这些结果表明CmLOX10通过促进JA积累诱导气孔关闭来增强植物干旱耐受性,同时CmLOX10可能受到JA信号的反馈调节。3.CmLOX13在PEG6000处理下的表达模式与CmLOX10不同,处理后6 h表达量才开始显著上调,在12 h达到峰值。表型和生理分析表明,CmLOX13的异源过表达（CmLOX13-OX）提高了拟南芥的耐旱性。与对照植株相比,过表达CmLOX13拟南芥在干旱胁迫后具有更高的成活率,而EL、MDA和H2O2水平以及气孔开度和蒸腾失水率均显著降低,且气孔开度受到ABA信号调控。干旱处理后,ABA生物合成途径中关键基因NCED3和NCED5的基因表达无显著变化,而ABA分解代谢途径中的4个关键基因CYP707A1、CYP707A2、CYP707A3和CYP707A4的表达均在转基因株系中显著下调,导致CmLOX13-OX拟南芥株系中的内源ABA含量显著增加。相反,JA分解代谢基因CYP94B3的表达上调,导致CmLOX13-OX株系中内源JA含量低于对照。此外,外源ABA处理能强烈诱导CYP94B3的表达,但转基因植株中表达量显著高于对照拟南芥中的表达量。最后发现外源ABA及其抑制剂处理可以改变对照和CmLOX13-OX的抗旱性。这些结果表明,CmLOX13通过降低分解代谢相关基因的表达来调节ABA的水平进而诱导气孔关闭来参与干旱胁迫响应。4.筛选到适宜的诱导薄皮甜瓜白粉病防御反应的红光强度和时间为160μmol m-2 s-1和6 h。用160μmol m-2 s-1红光预处理6 h能显著降低薄皮甜瓜白粉病的病情指数,用LOX活性抑制剂NDGA处理发现红光诱导的对白粉病防御反应依赖于LOX的活性。RT-qPCR分析显示CmLOX10和CmLOX13在红光预处理接种白粉菌后的表达与LOX活性的变化趋势一致。CmLOX10和CmLOX13的沉默植株接种白粉菌后,与对照相比,病斑面积更大且病情指数更高,表明CmLOX10和CmLOX13在抗白粉病中起积极作用。沉默了CmLOX10和CmLOX13的植株降低了红光对白粉病抗性的诱导作用。用CmLOX10启动子进行YIH文库筛选得到两个转录因子MELO3C016281和MELO3C019925,分别属于WRKY家族和bZIP家族,命名为CmWRKY41和CmABL5-2。蛋白质亚细胞定位预测发现这两个转录因子均定位在细胞核内,用PlantCARE分析发现这两个转录因子的启动子区域存在多个光响应元件和防御响应元件。这些结果表明CmLOX10和CmLOX13在红光处理防御薄皮甜瓜白粉病的响应中起到积极的作用,并且可能受到CmWRKY41和CmABL5-2的调控。