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薄皮甜瓜是设施甜瓜栽培中的重要种类,已成为我国东北、华北等地区的重要产业。但因设施薄皮甜瓜栽培中常出现土传病害,严重影响其产量和品质,因此经常采用嫁接栽培。实践表明,嫁接不仅能够增强薄皮甜瓜的抗病性和抗寒性,同时也具有较强的根系吸收能力（如水分及氮、磷、钾等营养吸收能力）。嫁接薄皮甜瓜植株根系吸收能力的提高常认为是由于砧木根系发达的缘故。近期研究结果表明,同一砧木品种与不同接穗品种嫁接的植株根系硝态氮吸收能力存在着显著差异,但其内在机制尚不清楚。HY5是b ZIP家族的转录因子,对多个基因的表达具有调控作用,并且还可以调控硝态氮的吸收。鉴于此,本研究以薄皮甜瓜品种‘JS-1429’和‘JS-1408’,中国南瓜砧木品种‘ZM1507’为试材,首先比较分析了两种不同的砧穗组合JS-1429/ZM1507与JS-1408/ZM1507的硝态氮吸收率与吸收活性的差异,以及中国南瓜砧木根系中Cmo NRT2.1表达量与硝态氮吸收的关系,并分析了薄皮甜瓜Cm HY5和中国南瓜砧木Cmo HY5在不同砧穗组合中的组织特异性表达及其二者互作关系。最后,系统分析了Cm HY5与Cmo HY5互作对Cmo NRT2.1表达和硝态氮吸收能力的影响,以期解析薄皮甜瓜Cm HY5调控中国南瓜砧木根系Cmo NRT2.1表达影响硝态氮吸收的分子机制。主要结果如下:1.薄皮甜瓜HY5与中国南瓜HY5的基因鉴定:用拟南芥、苹果和番茄的HY5基因通过同源性比对获得候选的薄皮甜瓜与中国南瓜的HY5基因然后对所有得到的基因进行了蛋白结构域分析和基因结构分析,然后利用基因的氨基酸序列构建系统进化树,得到Cm HY5、Cmo HY5-1与Cmo HY5-2。2.不同砧穗组合硝态氮吸收率和吸收活性比较及其根系Cmo NRT2.1表达量分析:砧穗组合JS-1408/ZM1507的硝态氮吸收率是JS-1429/ZM1507的1.57倍,其硝态氮吸收活性是JS-1429/ZM1507的1.19倍。可见,砧穗组合JS-1408/ZM1507表现出较强的硝态氮吸收能力。测定分析两种嫁接植株根系Cmo NRT2.1表达量的结果表明,具有较高硝态氮吸收率与吸收活性的砧穗组合JS-1408/ZM1507也具有更高的Cmo NRT2.1表达量,且砧穗组合JS-1408/ZM1507根系Cmo NRT2.1表达量是JS-1429/ZM1507的2.02倍,差异极显著,同时通过VIGS瞬时沉默根系Cmo NRT2.1,证明了Cmo NRT2.1正调控薄皮甜瓜/中国南瓜嫁接植株硝态氮吸收能力。3.不同砧穗组合Cm HY5与Cmo HY5组织表达特异性比较:利用Taq Man技术对两种砧穗组合不同组织器官Cm HY5和Cmo HY5表达量分析发现,砧穗组合JS-1408/ZM1507接穗叶片和接穗茎中Cm HY5表达量分别为JS-1429/ZM1507的1.11倍和1.18倍,而其砧木茎中Cm HY5表达量极显著高于JS-1429/ZM1507,为JS-1429/ZM1507的3.21倍。另外,测定分析两种砧穗组合的Cmo HY5表达量发现,砧穗组合JS-1408/ZM1507的砧木茎和砧木根系中Cmo HY5-1表达量分别为JS-1429/ZM1507的1.23倍和1.18倍,其Cmo HY5-2表达量分别为JS-1429/ZM1507的1.82倍和1.60倍,而接穗中并未检测到Cmo HY5-1与Cmo HY5-2表达。4.Cm HY5与Cmo HY5的互作分析:通过酵母单杂交,EMSA和烟草GUS报告试验表明,Cm HY5可分别与Cmo HY5-1和Cmo HY5-2的启动子结合。可见,Cm HY5均可转录调控Cmo HY5-1和Cmo HY5-2表达。此外,我们将Cm HY5分别与Cmo HY5-1与Cmo HY5-2进行了酵母双杂交试验、萤火素酶互补试验以及双分子荧光互补试验,结果表明Cm HY5也可分别与Cmo HY5-1与Cmo HY5-2发生蛋白互作。5.Cm HY5与Cmo HY5互作对Cmo NRT2.1表达和硝态氮吸收的影响:通过调节不同Cm HY5与Cmo HY5-1、Cmo HY5-2的比例同Cmo NRT2.1的启动子进行烟草GUS报告基因试验,结果表明,Cm HY5和Cmo HY5-1、Cmo HY5-2都对Cmo NRT2.1的启动子有正调控作用,且Cmo HY5-1对Cmo NRT2.1的启动子调控占主导作用。通过嫁接植株接穗叶片Cm HY5瞬时沉默试验发现,沉默植株的砧木茎与根系中Cmo HY5-1与Cmo HY5-2表达量显著降低,其砧木根系Cmo NRT2.1的表达量和硝态氮吸收率及吸收活性也显著降低。综上所述,薄皮甜瓜转录因子Cm HY5长距离运输到中国南瓜砧木中与中国南瓜砧木中Cmo HY5-1与Cmo HY5-2的启动子结合,正向调控Cmo HY5-1和Cmo HY5-2转录表达,促进中国南瓜砧木中的Cmo HY5-1与Cmo HY5-2表达量（且长距离运输的Cm HY5表达量越高,中国南瓜砧木茎中Cmo HY5-1与Cmo HY5-2表达量越高）,Cm HY5和Cmo HY5-1与Cmo HY5-2运输至中国南瓜砧木根系中共同促进Cmo NRT2.1转录表达（且Cmo HY5-1对转录调控Cmo NRT2.1表达起主导作用）,提高中国南瓜砧木根系的硝态氮吸收能力。可见,薄皮甜瓜/中国南瓜嫁接植株幼苗根系硝态氮的吸收能力受薄皮甜瓜调控,且薄皮甜瓜Cm HY5表达量越高,嫁接植株砧木根系的硝态氮吸收能力越强。