As the outermost hydrophobic layer, cuticular waxes serve as an essential waterproof barrier to protect plants from desiccation, but the mechanism of wax accumulation still remains unclear. We analyzed the response of cuticular wax composition and deposition to drought in three different watermelon germplasms, namely, M20, M08, and J5F, which showed similar stomatal response, but high, moderate, and low tolerance to drought, respectively. Among the identified 28 compounds of cuticular waxes on leaves, more alkanes with chain lengths of C29 and C31 were induced in M20, accompanied by an increased transcript levels of CER1 ( very-long-chain aldehyde decarbonylase 1 ), when compared to that in M08 and J5F. M20 showed higher total wax amount but fewer platelet-like wax crystals on the upper epidermis of leaves under drought, suggesting the prevalence of more intracuticular waxes embedded into the cutin matrix as fillers. These distinct responses of cuticular waxes in M20 conferred low water loss and high tolerance to drought. Melatonin and abscisic acid (ABA), which can be induced by drought, promoted the biosynthesis of alkanes (C29 and C31) but inhibited the accumulation of wax crystals under drought. Moreover, melatonin inhibited the elevation of ABA levels under mild drought but promoted the ABA accumulation under severe drought, indicating that melatonin and ABA function synergistically to regulate wax compositions to limit non-stomatal water loss under severe but not mild drought in watermelon. These findings can be exploited to improve crop tolerance to drought in arid regions.

中文翻译：

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烷烃（C29 和 C31）介导的皮内蜡积累有助于西瓜中的褪黑激素和 ABA 诱导的耐旱性

作为最外层的疏水层，角质层蜡是保护植物免受干燥的重要防水屏障，但蜡积累的机制仍不清楚。我们分析了三种不同西瓜种质 M20、M08 和 J5F 中表皮蜡成分和沉积对干旱的响应，它们表现出相似的气孔响应，但分别对干旱具有高、中和低耐受性。在鉴定的 28 种叶片表皮蜡化合物中，与 M08 相比，在 M20 中诱导了更多链长为 C29 和 C31 的烷烃，伴随着 CER1（超长链醛脱羰酶 1）的转录水平增加和J5F。M20在干旱条件下叶片上表皮的蜡总含量较高，但片状蜡晶体较少，表明更多的角质内蜡嵌入角质基质中作为填充剂的流行。M20 中表皮蜡的这些独特反应赋予了低失水和高干旱耐受性。干旱诱导的褪黑激素和脱落酸（ABA）促进烷烃（C29和C31）的生物合成，但抑制了干旱条件下蜡晶体的积累。此外，褪黑激素在轻度干旱下抑制了 ABA 水平的升高，但在严重干旱下促进了 ABA 的积累，表明褪黑激素和 ABA 协同调节蜡成分，从而限制了西瓜在严重干旱而非轻度干旱下的非气孔失水。这些发现可用于提高干旱地区作物对干旱的耐受性。M20 中表皮蜡的这些独特反应赋予了低失水和高干旱耐受性。干旱诱导的褪黑激素和脱落酸（ABA）促进烷烃（C29和C31）的生物合成，但抑制了干旱条件下蜡晶体的积累。此外，褪黑激素在轻度干旱下抑制了 ABA 水平的升高，但在严重干旱下促进了 ABA 的积累，表明褪黑激素和 ABA 协同调节蜡成分，从而限制了西瓜在严重干旱而非轻度干旱下的非气孔失水。这些发现可用于提高干旱地区作物对干旱的耐受性。M20 中表皮蜡的这些独特反应赋予了低失水和高干旱耐受性。干旱诱导的褪黑激素和脱落酸（ABA）促进烷烃（C29和C31）的生物合成，但抑制了干旱条件下蜡晶体的积累。此外，褪黑激素在轻度干旱下抑制了 ABA 水平的升高，但在严重干旱下促进了 ABA 的积累，表明褪黑激素和 ABA 协同调节蜡成分，从而限制了西瓜在严重干旱而非轻度干旱下的非气孔失水。这些发现可用于提高干旱地区作物对干旱的耐受性。促进烷烃（C29 和 C31）的生物合成，但抑制干旱条件下蜡晶体的积累。此外，褪黑激素在轻度干旱下抑制了 ABA 水平的升高，但在严重干旱下促进了 ABA 的积累，表明褪黑激素和 ABA 协同调节蜡成分，从而限制了西瓜在严重干旱而非轻度干旱下的非气孔失水。这些发现可用于提高干旱地区作物对干旱的耐受性。促进烷烃（C29 和 C31）的生物合成，但抑制干旱条件下蜡晶体的积累。此外，褪黑激素在轻度干旱下抑制了 ABA 水平的升高，但在严重干旱下促进了 ABA 的积累，表明褪黑激素和 ABA 协同调节蜡成分，从而限制了西瓜在严重干旱而非轻度干旱下的非气孔失水。这些发现可用于提高干旱地区作物对干旱的耐受性。表明褪黑激素和 ABA 协同调节蜡成分以限制西瓜在严重但非轻度干旱下的非气孔水分流失。这些发现可用于提高干旱地区作物对干旱的耐受性。表明褪黑激素和 ABA 协同调节蜡成分，以限制西瓜在严重但非轻度干旱下的非气孔水分流失。这些发现可用于提高干旱地区作物对干旱的耐受性。