柑橘是我国第一大鲜食水果,失水萎蔫和失重失鲜是鲜食柑橘采后生产中面临的突出问题。前期研究表明:果面蜡质对柑橘采后失水速率有直接影响,而且柑橘果面蜡质具有品种特异性。果面蜡质是果实抵御外界环境胁迫的关键屏障,能有效减少果实的非气孔失水,同时蜡质在改善果实外观品质和提高果实贮藏性能方面发挥重要作用。近年来,果面蜡质对果实采后生物学特性和保鲜性能的影响受到国内外科研人员的高度关注。然而,受长童期和遗传背景复杂等因素的影响,经典的遗传学方法和研究手段在果树、尤其是采后生物学领域受到很大的限制,人们对柑橘等多年生果树作物果面蜡质的合成代谢、调控机制及生物学功能等还缺乏系统的研究。本课题以红橘（Citrus reticulata）、枳（Citrus trifoliata）以及它们的F1杂交群体为材料,结合生物信息学、转录组、分子生物学、代谢研究和遗传学等手段,挖掘并验证柑橘中参与果实蜡质合成和采后失水的关键基因。主要研究结果如下:1.Cit KCS2和Cit KCS11参与成熟果实表皮蜡质的合成,并受Cit MYB102、Cit MYB7和Cit ERF003的转录调控。在包括原始种、野生种和栽培种在内的9个柑橘物种中共鉴定到314个参与蜡质合成的结构基因,其中KCS基因家族成员最多,共有144个。分子进化分析表明:柑橘从原始种到野生种和栽培种的进化过程中,KCS基因家族有明显的扩张趋势,且受到强烈的纯化选择。进一步的时空表达分析和转基因实验证明:Cit KCS2和Cit KCS11在成熟果实的黄皮层中高表达,参与了成熟果实表皮蜡质的合成。同时,基因共表达分析筛选到了3个转录因子（Cit MYB102、Cit MYB7和Cit ERF003）,它们能激活Cit KCS2和Cit KCS11的表达,从而参与果面蜡质合成的转录调控。2.Cit WRKY28和Cit NAC029激活Cit KCS基因的表达参与果面蜡质的合成。在红橘和枳的果实发育期中,枳果面蜡质的含量始终远高于红橘。基因定量分析表明:大部分脂肪酸延伸相关的基因在枳中高表达,其中Cit KCS1和Cit KCS12是表达差异最大的两个KCS基因,转基因实验证明了它们可以参与表皮蜡质的合成。结合果实发育期的转录组和果面蜡质含量的变化,通过共表达分析,我们找到了与果面蜡质合成紧密相关的基因模块,并筛选出了Cit WRKY28和Cit NAC029基因。转基因实验证明:Cit WRKY28和Cit NAC029两个转录因子可以提高拟南芥叶片的蜡质含量。进一步,双荧光素酶和EMSA实验表明:Cit WRKY28可与Cit KCS1和Cit KCS12的启动子结合,激活它们的表达,参与蜡质合成的调控;而Cit NAC029也可以结合在Cit KCS1启动子上,激活其表达,从而促进表皮蜡质的积累。3.QTL3是果面蜡质和果实采后失水率的共定位区间;同时,QTL7与果实蜡质相关,QTL9与果实采后失水相关。红橘和枳果实在采后失水率和果面蜡质上有较大差异:红橘果实采后失水较快,果面蜡质较少,脂肪族蜡质的主要组分是烷烃和醛类;而枳果实采后失水较慢,果面蜡质多,脂肪族蜡质的主要组分是烷烃。进一步,我们对红橘×枳的F1代杂交群体果实的失水率、果面蜡质的含量和组分进行了多年的测定。结果表明:果实采后失水率和果面蜡质在F1代群体中呈连续分布,是典型的数量性状;相关性分析表明:果实失水率与果面蜡质中烷烃的含量呈显著负相关。通过高密度遗传图谱和BSA-seq对果面蜡质和果实采后失水率进行QTL定位发现:QTL3是果实失水率和果面蜡质的共定位区间;另外,QTL7是果面总脂肪族蜡质含量和烷烃含量的共定位区间,QTL9区间与果实采后失水快慢相关。4.Cit CER1-1和Cit CER1-3通过增加果面蜡质烷烃的含量,减少果实的采后失水。Cit CER1-1和Cit CER1-3是QTL3区间的候选基因,基因表达分析表明:Cit CER1-1在枳中超高表达,在红橘中不表达,而Cit CER1-3在红橘中表达量高于枳;但是,Cit CER1-1在枳中的表达量要远高于Cit CER1-3在红橘中的表达量。在红橘×枳的F1代群体中,Cit CER1-1和Cit CER1-3的表达水平与果实蜡质中烷烃和醛类的比值呈正相关,暗示两个基因有醛脱羧酶的活性,参与烷烃的合成。转基因实验表明:Cit CER1-1和Cit CER1-3提高了拟南芥叶片总蜡质的含量和烷烃含量,且转基因系叶片的失水速率明显降低。同时,为了在果实上证明烷烃的保水作用,我们制备了含C28烷烃的果蜡,6种柑橘果实的采后涂蜡实验均可证明烷烃具有减少果实水分流失的作用。综上,该部分研究表明:Cit CER1-1和Cit CER1-3参与了果实蜡质烷烃的合成,而果实表面烷烃的增加有助于提高果实的保水能力。5.QTL7中的Cit JAZ基因参与果面蜡质的合成;QTL9中的Cit NAC042基因可提高果面蜡质积累,减少果实失水。Cit JAZ基因是QTL7区间中的候选基因,是JA信号通路的抑制因子,在枳中的表达水平明显高于红橘。亚细胞定位表明:Cit JAZ蛋白位于细胞核中。转基因结果显示:Cit JAZ基因提高了拟南芥叶片总蜡质的含量,其中烷烃和初级醇的含量显著提高。红橘和枳果实黄皮层的激素测定表明:枳中的JA、JA-ILE、Me-JA和OPDA的含量显著高于红橘。因此,Cit JAZ基因可能参与JA的信号转导,间接影响果实表皮蜡质的合成。Cit NAC042是QTL9区间的候选基因,是一个位于细胞核的NAC转录因子。该基因在枳中高表达,但在红橘中低表达。转基因结果表明:Cit NAC042显著降低了拟南芥叶片的失水速率,且转基因系叶片的总蜡增多,尤其是烷烃的含量。因此,Cit NAC042可能参与果面蜡质合成的调控,从而减少果实的采后失水。综上所述,本研究挖掘了多个参与果面蜡质合成和影响果实采后失水的关键基因,加深了对表皮蜡质合成和果实失水分子机制的理解,为耐贮藏柑橘的培育和保水型果蜡的开发提供了重要信息和理论依据。