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果刺颜色是黄瓜(Cucumis sativus L.)非常重要的外观品质,并且在生物胁迫中对黄瓜起着很重要的保护作用。虽然前人研究结果已揭示黄瓜黑刺对白刺为显性性状,由一对等位基因控制,同时控制橙色果皮性状,并且,CsMYB60被认为是控制黑刺和橙色果皮颜色的最佳候选基因,但是,该基因的功能以及如何调控黑刺形成仍然未知,而且黑刺中积累何种次生代谢物质,也未见报道。我们课题组前期研究结果表明,黑刺黄瓜果刺中积累的次生代谢物质主要是类黄酮；而且,黑刺黄瓜的果皮中也有类黄酮的积累。由于类黄酮对植物抗性以及人类健康具有重要的作用,因此,研究黄瓜中类黄酮合成相关基因的功能,具有重要的理论意义和潜在的应用价值。课题组利用黄瓜黑刺品系(V05A0071,国家蔬菜种质资源中期库编号)和白刺品系(V05A0672,国家蔬菜种质资源中期库编号)杂交构建的F2群体,采用分离分组分析法(BSA, Bulked Segregant Analysis),分别对黑刺和白刺取样混池,进行转录组测序。在前期研究基础上,本研究从转录组数据中选取了与类黄酮合成相关的一些差异表达较明显的酶基因,包括Cs4CL、CsCHS、CsF3H、CsLAR、CsGST,先进行半定量及荧光定量PCR验证,并分析它们在黄瓜果皮发育不同时期的表达变化。结果显示,这些基因在黑刺黄瓜果皮中的表达量明显高于在白刺黄瓜果皮中的表达量。然后,克隆这些基因并构建了过表达载体,利用果刺瞬时系统,对这些结构基因进行功能分析,结果表明只有Cs4CL过表达可以使白刺中积累类黄酮物质。尽管本课题组其他人员通过果刺瞬时系统证明CsMYB60确实参与黑刺颜色形成,但是酵母单杂和GUS瞬时表达实验结果表明,CsMYB60不能直接调控Cs4CL的表达。同时,对黄瓜、番茄和拟南芥进行Cs4CL的遗传转化,但是只得到了转基因番茄和拟南芥。对转基因植株检测后发现,Cs4CL过表达能提高番茄叶片中木质素的含量,以及番茄叶片和果实中总酚、类黄酮的含量；并且能够提高拟南芥叶片中总酚、类黄酮和花青素的含量,还能提高拟南芥种子的萌发速率,但是对拟南芥花序茎中的木质素含量没有明显的影响。以上结果表明,Cs4CL基因在黑刺黄瓜类黄酮合成与积累过程中起关键作用,同时也为进一步研究黄瓜中类黄酮合成与积累的调控机制提供了基础。