在进行光合作用的高等植物和藻类中,类胡萝卜素作为原初反应中的聚光色素组成成分而被大量合成,另外它在一些细菌和真菌里面也存在。类胡萝卜素还是一种强氧化剂,可以保护细胞免受氧化剂破坏,预防人类慢性疾病的产生。在葫芦科植物中西瓜(Citrullus lanatus L.)中的类胡萝卜素主要是番茄红素,且番茄红素的含量与番茄中的含量不相上下,而同属于葫芦科的大部分黄瓜品种并没有类胡萝卜素的积累。目前黄瓜(Cucumis sativus L.)和西瓜的基因组测序已经完成,这为在全基因组水平来研究导致类胡萝卜素积累差异的原因提供了便利。本文利用生物信息学技术,对类胡萝卜素合成相关基因进行了较全面的生物信息学分析。首先根据Genbank上登录的番茄中的类胡萝卜素合成相关基因的氨基酸序列,通过BLASTP程序,在黄瓜和西瓜基因组中共检索出20个类胡萝卜素合成相关基因。通过物种进化关系分析表明,黄瓜和西瓜具有很近的亲缘关系。在所分析的七个物种中,类胡萝卜素合成相关基因在基因结构和保守结构域方面存在较高一致性,但是八氢番茄红素脱氢酶(PDS)的氨基酸序列在西瓜、番茄与其他不含番茄红素的五个物种间存在单个氨基酸位点的差异。于是,本试验通过农杆菌介导法对黄瓜进行了遗传转化,但并没有获得稳定遗传的转基因株系。另外,对类胡萝卜素合成相关基因的启动子序列保守性进行了分析,发现ζ-胡萝卜素脱氢酶(ZDS)、番茄红素β环化酶(LCYB)和番茄红素ε环化酶(LCYE)的启动子序列在黄瓜、西瓜和甜瓜这三个葫芦科植物中是相当保守的,而西瓜中的八氢番茄红素合成酶CPSY1)、PDS和类胡萝卜素异构酶(CRTISO)的启动子序列明显不同于黄瓜和甜瓜。通过烟草瞬时表达分析试验,对在黄瓜和西瓜中启动子序列存在差异的PSY、PDS和CRTISO三个基因的启动子活性进行了比较,发现在西瓜PSYl启动子序列中存在一个或多个增强子于-546～-481。西瓜中PDS的启动子活性与CaMV35S相似,明显强于黄瓜PDS的启动子,而且其关键作用的位置在-295-198之间。而西瓜和黄瓜间的CRTISO的启动子序列差异并没有造成很明显的表达差异。总之,本试验对黄瓜和西瓜类胡萝卜素合成相关基因做了一个较全面的生物信息学分析和启动子表达分析,为进一步研究类胡萝卜素在黄瓜果实中的积累机制提供了线索。