《Frontiers in Plant Science》：Genome-wide identification of the class III peroxidase gene family and its association with fruit rind cracking in Cucumis melo
编辑推荐：
本综述系统性揭示了甜瓜III类过氧化物酶（PRX）基因家族在果皮开裂中的关键作用。研究通过全基因组分析鉴定出64个CmPRX基因，发现其通过调控木质素聚合影响果皮机械强度。关键基因CmPRX39/48/51在易裂品系中显著高表达，且与木质素合成通路蛋白（CAD/COMT）存在互作，为抗裂育种提供了新靶点。
引言
果实开裂是严重影响果实品质的生理性病害，甜瓜果皮开裂会导致果实商品价值降低和采后损失。研究表明，当果实内部压力超过细胞壁和角质层的机械抗性时就会发生开裂，其中细胞壁成分的动态变化是决定果皮机械强度的核心因素。木质素作为次生细胞壁的主要成分，其沉积会导致木质化，限制细胞伸长并降低细胞壁延展性。III类过氧化物酶（PRX）作为植物特异性氧化还原酶，在催化木质素单体聚合中起关键作用，但其在甜瓜果皮开裂中的系统研究尚属空白。
材料与方法
研究通过田间调查评估五个甜瓜品系的裂果率，测定不同抗裂性品系果皮的过氧化物酶（POD）活性和木质素含量。利用HMM模型和BLAST比对从甜瓜基因组中鉴定PRX基因家族成员，通过Expasy分析蛋白理化性质，采用MEGA-X构建系统进化树。通过MEME分析保守基序，TBtools进行基因结构和染色体定位分析，PlantCARE预测启动子顺式作用元件。基于转录组数据（SRA: SRP466450）分析基因表达模式，RT-qPCR验证差异表达基因，STRING数据库预测蛋白互作网络。
结果
生理指标分析显示，易裂品系XZ25的裂果率达46%，其果皮POD活性和木质素含量显著高于抗裂品系。共鉴定到64个CmPRX基因，编码蛋白长度263-381个氨基酸，等电点4.53-9.50。系统进化分析将305个PRX蛋白分为8个亚组，其中E亚组成员最多。保守基序分析发现53个CmPRX蛋白具有完整的motif7-1-8-4-3-5-2-10-3-9-6结构，所有成员均含核心motif4-5-2。基因结构显示除CmPRX19含9个内含子外，其余基因含0-4个内含子。染色体定位发现基因不均匀分布在12条染色体上，Chr11包含最多基因（13个）。共鉴定8对片段重复基因，与西瓜、黄瓜的共线性基因对多于拟南芥。启动子分析发现25类顺式元件，包括茉莉酸甲酯（MeJA）、脱落酸（ABA）等激素响应元件。转录组分析将30个表达基因分为6个簇，其中簇1和簇6基因在易裂果皮中高表达。RT-qPCR验证表明CmPRX39、CmPRX48和CmPRX51在开裂果皮中表达显著上调，且与木质素合成酶（CmCAD1、CmCOMT等）存在互作。
讨论
研究证实POD活性和木质素积累与甜瓜裂果率呈正相关，与番茄、辣椒等作物研究一致。64个CmPRX基因的鉴定数量与拟南芥（73个）和西瓜（79个）相当，但少于玉米（119个）和水稻（138个）。基因重复分析表明片段重复是家族扩张的主要动力。启动子中丰富的MeJA响应元件提示激素调控可能通过诱导CmPRX表达促进木质素聚合。三个关键候选基因（CmPRX39/48/51）与木质素合成通路的互作网络为其功能提供了分子依据，其中CmPRX51与拟南芥PRX9（参与细胞壁完整性维护）同源，暗示其功能保守性。
结论
本研究首次在甜瓜中系统鉴定PRX基因家族，揭示CmPRX39/48/51通过介导木质素聚合调控果皮开裂的分子机制。研究为甜瓜抗裂育种提供了重要候选基因和理论依据，对葫芦科作物品质改良具有指导意义。
