《Scientia Horticulturae》：Genome-wide identification and integrated transcriptome and metabolome analysis of CYPs reveal a new strategy for powdery mildew resistance in melon (Cucumis melo L.)
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研究人员在全基因组范围内对甜瓜（Cucumis melo L.）的细胞色素P450单加氧酶（Cytochrome P450 monooxygenases, CYPs）进行了系统鉴定，并结合转录组和代谢组分析了其在应对专性活体营养型真菌病原菌Podosphaer
研究人员在全基因组范围内对甜瓜（Cucumis melo L.）的细胞色素P450单加氧酶（Cytochrome P450 monooxygenases, CYPs）进行了系统鉴定，并结合转录组和代谢组分析了其在应对专性活体营养型真菌病原菌Podosphaera xanthii（P. xanthii）侵染过程中的动态变化。结果显示，甜瓜基因组中共鉴定到195个CmCYP基因，这些基因在苯丙烷及黄酮生物合成途径中显著富集。抗病自交系J152与感病自交系J156相比，CmCYP基因表现出明显的时间协调表达模式，并与代谢重编程密切相关：早期诱导核心黄酮结构基因的表达，随后通过持续上调推测的阿魏酸5-羟化酶（ferulate 5-hydroxylase, F5H）基因，将苯丙烷代谢流转向木质素合成以增强细胞壁防御。这种资源分配策略使J152在早期侵染阶段维持黄酮水平，而在后期增强木质素沉积，体现了同一代谢通路内的资源权衡机制。相反，J156缺乏这种时间协调性，导致早期黄酮水平下降且木质素积累不足。研究提出了一种由CmCYP介导的代谢资源优化分配模型，为理解植物防御权衡机制及甜瓜抗病分子育种提供了潜在靶点。
本研究针对甜瓜生产中受白粉病（Powdery mildew, PM）严重威胁的现状，聚焦细胞色素P450单加氧酶（CYPs）在植物免疫及次生代谢调控中的作用，填补了甜瓜CYP家族全基因组分析及抗病功能研究的空白。此前，尽管CYPs在拟南芥、水稻等物种中的功能已有报道，但在甜瓜响应P. xanthii侵染过程中的系统性研究仍属空白。研究人员以抗病自交系J152和感病自交系J156为材料，结合高通量测序与代谢组技术，旨在解析CmCYP基因家族的进化特征及其在苯丙烷代谢网络中的调控作用，为揭示植物防御资源分配机制提供证据。
研究采用的主要关键技术方法包括：基于隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model, HMM）与BLASTP比对的全基因组CmCYP基因鉴定与注释；多物种（甜瓜、拟南芥、水稻、西瓜、黄瓜）CYP蛋白序列的系统发育分析；加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA）筛选抗病相关模块及枢纽基因；转录组差异表达分析与代谢组正交偏最小二乘判别分析（Orthogonal Projections to Latent Structures Discriminant Analysis, OPLS-DA）鉴定差异积累代谢物；并通过实时荧光定量PCR（Quantitative Real-Time PCR, qRT-PCR）与木质素含量测定验证关键结果。
研究结果如下：
3.1 甜瓜CmCYP基因的全基因组鉴定与特征分析
研究人员在甜瓜基因组中共鉴定到195个含典型PF00067结构域的CmCYP基因，编码蛋白长度219~628个氨基酸，亚细胞定位预测显示多数位于质膜或内质网，体现了结构与功能的多样性。
3.2 CmCYP基因的系统发育分析与分类
基于多物种CYP蛋白序列构建的系统发育树将CmCYP分为9个进化支系（clans），其中CYP71支系最大（111个成员），整体分布模式与其他物种高度保守，表明CYP家族进化受功能约束。
3.3 基因结构与保守基序分析
CmCYP基因的内含子数量差异显著，CYP85、CYP72和CYP97支系内含子较多；保守基序分析发现多数基因含有相似的基序组合，暗示亲缘关系近的成员可能具有相似功能。
3.4 染色体定位、基因复制与进化分析
193个CmCYP基因定位于12条染色体，基因复制事件以片段复制为主（18对），所有复制基因对的Ka/Ks值均小于1，表明经历强烈的纯化选择以维持功能稳定性。
3.5 启动子顺式作用元件分析
启动子区域富含光响应、激素响应（生长素、茉莉酸、水杨酸等）及胁迫相关元件，并广泛存在WRKY、MYB、ERF等转录因子结合位点，提示CmCYP基因受多重信号调控。
3.6 功能注释
GO与KEGG分析显示，CmCYP基因显著富集于苯丙烷生物合成、黄酮生物合成、油菜素内酯生物合成等抗病相关通路。
3.7 CmCYP基因在P. xanthii侵染下的表达动态
在抗病系J152中，多个CmCYP基因呈持续上调或阶段性诱导，而感病系J156则缺乏一致的时间协调模式。
3.8 加权基因共表达网络分析识别枢纽基因
WGCNA将67个CmCYP基因分为两个模块，灰色模块与抗病正相关，包含CmCYP4、CmCYP69等枢纽基因；青绿色模块与感病正相关。
3.9 CmCYP差异表达基因与差异积累代谢物的相关性分析
相关性网络显示CmCYP4与黄酮苷呈正相关，而与脂质类代谢物呈负相关，CmCYP54则呈相反模式，提示不同CmCYP子集关联不同的代谢流向。
3.10 通路分析
KEGG富集分析显示苯丙烷与黄酮生物合成是唯一在转录与代谢水平均显著变化的途径。
3.11 CmCYP介导的苯丙烷生物合成途径重编程
J152在侵染中后期显著上调F5H候选基因CmCYP63与CmCYP92，伴随木质素前体的快速周转与木质素含量的显著提升（+16.6%），而J156增幅仅为+8.5%。
3.12 CmCYP介导的黄酮生物合成途径重编程
J152在早期强烈诱导CHS、F3H与FLS基因，维持黄酮稳定；J156因缺乏协调表达导致黄酮持续下降。
讨论部分指出，抗病系J152通过早期维持化学防御（黄酮）与后期加强物理屏障（木质素）的时间协调策略，实现了苯丙烷前体的高效分配。这一发现揭示了CmCYP网络在植物防御资源权衡中的关键作用，并为甜瓜抗病分子育种提供了潜在靶点。
结论部分强调，本研究首次系统解析了甜瓜CmCYP家族的基因组特征及其在白粉病抗性中的代谢调控机制，提出了一种由CmCYP介导的动态资源分配模型，该成果发表于《Scientia Horticulturae》。
