摘要
肉桂醇脱氢酶（CAD）催化木质素单体生物合成的最后一步，对植物细胞壁木质化至关重要。然而，CAD 基因家族及其在西瓜果皮木质化中的作用尚不明确。在本研究中，我们进行了全基因组生物信息学分析，以鉴定西瓜中的 CAD 基因家族。我们在两个对比栽培品种 [WRH（硬皮，高木质素）和 WRS（软皮，低木质素）] 中鉴定了基因表达情况。共鉴定出七个 CAD 样基因（ClCAD1–ClCAD7），位于三个染色体（1、2 和 5）上，所有基因均编码具有 CAD 相关结构域的完整或近全长蛋白质。基因组共线性显示西瓜中存在一个片段重复（ClCAD3–ClCAD4）；然而，与Arabidopsis和甜瓜的比较基因组分别鉴定出五个和八个同源基因对。系统发育分析表明，ClCAD 样基因与甜瓜的亲缘关系比与Arabidopsis更近。ClCAD3 和 ClCAD4 蛋白与Arabidopsis中对于木质素生物合成重要的 AtCAD4 和 AtCAD5 归为一组。启动子分析预测了对茉莉酸、脱落酸、细胞分裂素、光和胁迫具有响应的元件。在Nicotiana benthamiana叶片表皮细胞中的亚细胞定位分析表明，ClCAD3 呈胞质分布。STRING 分析预测 ClCAD3 与参与醛代谢、支链氨基酸生物合成和基础碳代谢的蛋白质存在功能关联，包括 ClALDH1/2、ClALS、Cl2HACL 和 ClKBA1。对根、茎、叶和果皮（授粉后 21 天，DAP）以及 1、14 和 28 DAP 的果皮进行的 qRT-PCR 分析表明，ClCAD3、ClALS 和 ClALDH2在 WRH 中的表达水平高于 WRS。WRH 中根、叶和果皮里的 ClCAD3 转录本丰度始终高于 WRS。综上所述，这些发现阐明了西瓜 CAD 样基因家族的进化特征和器官水平的表达，并鉴定出 ClCAD3 为与木质素生物合成相关的候选基因。研究结果为潜在参与木质化相关果皮硬度的候选基因提供了遗传见解，并通过现代分子育种方法改善西瓜果皮质地提供了理论基础。
