黄瓜（Cucumis sativus）为葫芦科（Cucurbitaceae）黄瓜属（Cucumis）植物,广泛分布于世界各地,是主要的蔬菜品种,也是重要的双子叶植物基因组结构及功能研究模式材料。但由于黄瓜本身具有的遗传基础狭窄及育种年限较长的特点,使得常规遗传操作技术在黄瓜中难以取得突破性的进展,极大影响了黄瓜功能基因组基础研究及分子育种实践。随着以CRISPR-Cas基因组编辑技术为代表的植物基因组工程快速发展,黄瓜功能基因组研究及种质创新实践也迎来了全新机遇。然而,由于黄瓜品种繁多、基因型各异、分子操作工具有限,且不同基因型黄瓜材料的遗传转化效率普遍较低,直接限制了黄瓜基因组编辑的研究,尽管目前已有基于CRISPR-Cas9的黄瓜基因组编辑工作报道,但编辑效率、可靠性等关键技术指标均难以满足有效的黄瓜基因组编辑操作需求。针对黄瓜基因组编辑中的关键技术问题,本学位论文从黄瓜CRISPR-Cas9编辑骨架确认、活性编辑启动子元件分离鉴定、黄瓜内源基因定向编辑到遗传转化体系优化,以期构建有效的黄瓜CRISPR-Cas9基因组编辑系统,助力黄瓜功能基因组基础研究及分子育种实践。本学位论文主要研究结果如下:1、基于黄瓜原生质体瞬时表达系统,比较了hCas9、z Cas9、Cas9＿L、Cas9＿P及At U6、Cs U6的黄瓜内源编辑活性。研究结果表明,4种Cas9核酸酶元件及2种U6启动子均具黄瓜基因组编辑活性,而使用At U6启动子的基因组编辑效率高于使用黄瓜内源Cs U6启动子,为黄瓜基因组编辑提供了元件选择证据;2、通过ATAC-Seq技术比对分析,筛选了黄瓜高转录活性候选启动子元件,并进行了黄瓜真叶及根系细胞内转录活性检测:构建了黄瓜RNA-Seq文库及ATAC-Seq文库,筛选了11个开放染色质区域作为候选黄瓜启动子（CsCRE01-CsCRE11）并进行活性鉴定;经水稻、黄瓜原生质体瞬时表达鉴定,确认了3个具转录活性的黄瓜内源启动子元件（CsCRE02、CsCRE10、CsCRE11）,其中CsCRE02转录活性明显优于目前黄瓜基因组工程中使用的Ca MV35S启动子;进行黄瓜毛状根转化,结果显示CsCRE02、CsCRE10、CsCRE11启动子在水稻原生质体、黄瓜真叶原生质体、黄瓜毛状根中均可以驱动GFP、GUS报告基因的有效表达;3、分别构建了基于CsCRE02、CsCRE10、CsCRE11启动子及Ca MV35S启动子驱动的黄瓜STU-Cas9基因组编辑骨架载体,针对黄瓜GA20ox基因设计sg RNA,构建编辑载体,再接着进行黄瓜毛状根转化。实验结果表明,本研究构建的基于STU-Cas9基因组编辑系统的黄瓜基因组编辑骨架载体,可以针对黄瓜基因组内源位点进行基因组编辑,为黄瓜基因组编辑提供了新系统;4、优化了黄瓜稳定遗传转化中的关键步骤,通过在种子萌发时间、转化后筛选清洗、材料培养光照强度等步骤中进行优化,有效提升了黄瓜遗传转化效率。实验结果表明,当种子萌发时间精准控制为2 d,增加含有50 mg/L特美汀的MS液体培养基对转化后的子叶材料先清洗4-6次再使用无菌水清洗2-3次的筛选方式,将黄瓜子叶培养光照控制在4 KLux时,黄瓜遗传转化实验过程中的损耗最少,且其转化效率相较于文献中最高的1.3%能有效提升至10.3%。