矮化是植物重要的株型性状之一,甜瓜植株的紧凑矮化可以提高种植密度和经济产量。迄今,有关甜瓜矮化的分子机制及其调控途径尚不清楚。课题组前期通过图位克隆鉴定得到一个甜瓜短蔓(矮化)基因(Cmsi),本研究在此基础上,对甜瓜短蔓基因(Cmsi)进行了基因克隆、序列分析、时空表达分析及植物转基因功能验证,并通过转录组测序技术初步探索了甜瓜短蔓基因(Cmsi)调控茎蔓发育的分子机制,丰富了甜瓜矮化植株发育的理论基础。主要研究结果如下:(1)序列分析表明CmSI基因的全长为7128bp,包含27个外显子,CDS序列全长为2976bp,编码991个氨基酸。在甜瓜矮化突变体M406中CmSI基因的第25个外显子中发生碱基替换突变(T-G),该突变导致编码蛋白的提前终止。氨基酸序列比对分析表明CmSI编码一个ERECTA-Like的富含亮氨酸重复序列结构的丝/苏氨酸类受体蛋白激酶,CmSI基因突变导致蛋白Kinase激酶结构域的缺失。(2)对野生型TopMark材料与短蔓矮化突变体材料M406的性状调查及数据分析显示,两亲本间主茎直径及节间数无明显差异,而突变体节间长度显著降低;对亲本茎蔓进行半薄切片分析发现突变体的茎蔓节间细胞,尤其是薄壁细胞,显著变小。(3)qRT-PCR试验结果表明CmSI基因在短蔓材料M406的根、茎、叶、雄花和子房中表达量显著下降,并且在TopMark和M406的茎和子房中表达最高;原位杂交试验和GUS染色试验结果同样表明,CmSI在野生型甜瓜材料TopMark茎和子房的表皮和维管束中高丰度表达,但在短蔓材料M406相同部位没有检测到明显的表达。不同甜瓜材料中CmSI基因序列多态性分析结果表明,Cmsi的突变只存在于矮化突变体M406中;在不同株高的甜瓜品种中的表达分析表明CmSI基因的表达水平与株高呈正相关。(4)将CmsI基因在拟南芥同源基因突变体er105和野生型Col中异位超表达,发现拟南芥转基因植株的高度显著地升高;同样地,在黄瓜野生型3546中超量表达CmSI基因导致黄瓜株高升高,表明CmSI基因在黄瓜和拟南芥茎蔓发育过程中发挥着正向调节作用。(5)转录组测序结果表明大量的生长素转运及信号传导基因在矮化突变体M406茎蔓中差异表达,其中包括ABCB家族成员和PIN基因家族中的几个著名的生长素转运蛋白基因;激素含量测定结果表明在矮化突变体M406的茎蔓中生长素含量显著降低,表明甜瓜短蔓矮化可能是由茎蔓处的生长素含量降低导致形成的。(6)CmSI与亲本茎蔓中差异表达的生长素相关基因的酵母双杂交结果表明,CmSI蛋白只与生长素极性输出蛋白CmPIN2直接相互作用。并且,CmPIN2可以与CmSI蛋白的激酶结构域CmΔKinase相互作用,但不能与Cmsi突变蛋白相互作用。以上结果表明,CmSI可能通过调节CmPIN2的表达影响茎蔓中生长素含量,进而调节甜瓜茎蔓的发育。