西瓜(Citrullus lanatus)起源于热带地区,是葫芦科的一种重要园艺作物。西瓜在冬季和早春设施栽培时常遭遇低温伤害,不仅造成西瓜减产,也影响西瓜的风味品质。低温胁迫影响植物细胞氧化还原(redox)状态的平衡,其中硫氧还蛋白(Thioredoxins,TRXs)是细胞redox系统的重要组分。TRXs广泛参与植物对外界环境胁迫的应答,但是关于TRXs在低温胁迫下响应机制的相关报道还比较匮乏。为回答上述问题,本文以西瓜97103和本氏烟草(Nicotiana benthamiana)为实验材料,利用生物信息学、分子生物学和植物生理生化等研究方法开展西瓜ClTRX家族基因挖掘和低温响应功能解析的相关研究。主要研究结果如下:1、西瓜TRX家族成员鉴定及特征分析。通过隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)算法,在葫芦科基因组数据库检索出西瓜中有19个TRX基因,所有成员均包含WC(G/P)PC的保守功能结构域。对ClTRXs家族成员进行特征分析,ClTRXs基因的编码序列长度315 bp-594 bp,编码蛋白等电点4.22-9.66,分子量12kDa-21 kDa。其中h型ClTRXs基因共有12个成员,表达位点预测定位在以质膜和胞质为主的多种细胞器中,ClTRX f、ClTRX y、ClTRX z均仅有1个成员以及ClTRX m有3个成员主要定位在叶绿体中,ClTRX o仅有1个成员主要定位在线粒体中,ClTRXs家族成员在染色体上的分布很广泛。2、响应低温的西瓜ClTRX家族基因挖掘。以西瓜97103为实验材料,用qRTPCR检测5℃/5℃低温处理后西瓜叶片ClTRX家族基因的表达量变化。发现大多数h型ClTRXs基因的表达量在低温处理后显著高于常温对照,说明h型ClTRXs基因可能参与西瓜对低温胁迫的响应。在本氏烟草数据库中我们鉴定出烟草h型NbTRXs有10个成员。接着以本氏烟草为实验材料,利用烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)介导的瞬时基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)技术,通过选取不同的沉默片段,沉默h型NbTRXs基因。通过对h型NbTRXs的基因沉默材料进行低温敏感性评价,结果发现TRV:NbTRX h2/2的冷害指数最高,低温下光系统II的最大光化学效率下降最多,叶片相对电解质渗透率和膜脂过氧化产物丙二醛含量显著增加,综合指标TRV:NbTRX h2/2沉默植株相较其他基因沉默植株及对照,表现出最显著的低温敏感表型。3、ClTRX h2和ClTRX h7基因的功能解析。通过构建烟草和西瓜中h型TRXs的系统进化树,发现NbTRX h2/2和ClTRX h2、ClTRX h7的同源性最高。蛋白高级结构预测和启动子元件分析结果显示,ClTRX h2和ClTRX h7的蛋白二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,三级结构均为螺旋-转角-螺旋。ClTRX h2和ClTRX h7的启动子区域有许多与非生物胁迫和激素调节相关的作用元件。ClTRX h2和ClTRX h7都属于亲水性蛋白,具有许多磷酸化修饰位点,均不具有跨膜结构域,属于胞内蛋白。亚细胞定位构建瞬时表达载体,观察ClTRX h2和ClTRX h7的荧光信号分别位于质膜和细胞质。以模式植物本氏烟草为实验材料,构建ClTRX h2和ClTRX h7基因超量表达载体后进行烟草遗传转化,阳性鉴定后获得超表达株系。低温处理前24h使用10μM SA预处理,能够一定程度地增加ClTRX h2基因在西瓜叶中的表达量和ClTRX h7基因在西瓜叶、茎和根中的表达量。SA预处理可以使低温下ClTRX h2基因在西瓜茎和根中表达量增加,使ClTRX h7基因在西瓜叶和茎中的表达量增加。重组构建无毒性的诱饵载体NMY51[pBT3-STE-ClTRX h2],筛选抑制诱饵载体自激活的抗生素(3-AT)浓度是1 mM。蛋白点对点验证互作效应的结果显示,ClTRX h2与ClMAPKK(Mitogen-activated protein kinase kinase,丝裂原活化蛋白激酶激酶)亚家族成员中的5个蛋白存在不同程度的互作效应。以上结果旨在探究ClTRXs基因在西瓜低温响应中的调控作用。该研究不仅可以为解析西瓜低温响应机制提供新的思路,同时还可为后续从分子育种和激素调控角度改善西瓜低温抗性、提高西瓜产量和品质提供重要的理论基础和候选基因信息。