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陆生植物大约在4.5亿年前由水生生物进化而来,水生生物过渡到干燥的陆地环境中需要发育一层扩散隔膜来帮助植物抵御干旱胁迫,于是植物进化出角质层。角质层的出现是植物史上最伟大及最有创新性的进化之一。角质层由角质及表皮蜡组成,表皮蜡在植物发育和植物与环境之间相互作用的过程中扮演了至关重要的角色,包括保护植物免于干燥、适应变化莫测的温度、抵抗紫外辐射以及昆虫与病原菌的侵害。而苹果蜡质与生长发育过程中的逆境及采后贮藏品质等息息相关:苹果表皮的蜡质能抵御真菌、昆虫等造成的外部损伤,并且能阻止内部组织水分蒸发,提高采后贮藏品质,所以研究苹果的蜡质是非常有意义的。近年来,与蜡质合成相关的调控机制被报道的越来越多,例如Drought Hypersensitive(DHS)基因、DEWAX基因、eceriferum(cer)相关基因以及MYB转录因子MYB106、MYB16、MYB30和MYB96等。蜡质在调节植物的生物和非生物胁迫中发挥重要作用,但是这些蜡合成相关基因的研究主要集中在拟南芥和水稻中,在苹果中少有研究。蜡质对苹果果实的品质和抗性至关重要,因此,研究苹果中蜡质相关基因的功能意义重大。本研究中以‘皇家嘎拉’苹果为研究对象,在蔷薇科基因组数据库上通过序列比对找到了一个与拟南芥AtCER1同源性最高的基因MDP0000461409,并将其命名为MdCER1。对MdCER1进行生物信息学分析并对其上游的启动子顺式作用元件与脱落酸(abscisic acid,ABA)、干旱之间关系进行分析;通过在拟南芥中异位表达MdCER1观测表皮蜡的变化;在拟南芥中异位表达MdCER1探究表皮蜡变化与ABA响应和抗旱性之间的关系。相关研究成果如下:1.MdCER1的分离与序列分析MdCER1序列的开放阅读框为1,872 bp,能够编码623个氨基酸。系统发育树分析发现,苹果的MdCER1与白梨的PbCER1亲缘关系最近。并且苹果MdCER1和拟南芥AtCER1的蛋白3D结构相似且能够重叠,二者均含有脂肪酸羟化酶超家族及蜡质碳端保守结构域。分析MdCER1启动子顺式作用元件发现MdCER1启动子序列含有ABA响应元件ABRE,干旱诱导相关的MYB结合位点MBS,表明MdCER1与ABA及抗旱性相关。2.MdCER1基因调控表皮蜡的合成利用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术进行组织表达分析显示,MdCER1在根、茎、叶、花和果实中转录水平均有所变化,并且在叶中含有最高的基因表达水平。利用扫描电子显微镜观测发现相比于转入空载体的拟南芥,异位表达MdCER1拟南芥叶片表皮蜡增多,并且提取拟南芥叶片总蜡量进一步证明了这一结果。表皮蜡的改变往往会影响角质层通透性的改变,通过甲苯胺蓝染色及失水实验发现:相比于异位表达MdCER1的3个拟南芥株系,转入空载体的拟南芥叶片失水率更快,并且转入空载体的拟南芥叶片被甲苯胺蓝强烈着色,表明MdCER1使得拟南芥叶片表皮通透性明显降低。3.MdCER1基因响应ABAqRT-PCR检测发现MdCER1能够响应ABA信号,并且随着处理时间的增加,响应更加明显。在培养基处理的拟南芥实验中发现:相比于对照,加入10μmol/L ABA和30μmol/L ABA处理后使得异位表达MdCER1的拟南芥相比于转入空载体的拟南芥主根长度明显变短,表明MdCER1对ABA敏感。4.MdCER1基因增强植物抗旱性qRT-PCR检测发现MdCER1能够响应干旱,并且发现相比于对照,MdCER1异位表达拟南芥株系在4%聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)及6%PEG培养基上幼苗的根长长于转入空载体的拟南芥根长。利用生长在土壤中的成苗进行干旱处理,发现相比于转入空载体的拟南芥,MdCER1异位表达拟南芥株系在缺水条件下,生长状态好,这些结果表明MdCER1能够增强植物抗旱性。