宋慧娟，龚诗琦，黎 豪，朱彩华，唐思琪，熊 程，孙小武

（湖南农业大学园艺学院 长沙 410000）

瓜类蔬菜是葫芦科（Cucurbitaceae）植物中以果实为食用器官的一年生或多年生攀缘性植物的总称，该类蔬菜种类繁多，营养保健价值高，在生产和消费上占重要地位。在群体生长中，理想株型的植株能均匀接受光照，提高植株光合作用，增加作物产量[1]，而瓜类蔬菜在生长过程中藤蔓不断延伸，不宜高密度种植和机械化栽培管理，因此节间长度作为瓜类蔬菜的重要株型性状之一，成为了世界各国瓜类遗传改良的重点。目前，研究人员已在黄瓜、西瓜、南瓜和甜瓜等主要瓜类蔬菜中相继开展了株型改良和矮化品种的选育工作，使产量和品质得到明显提高[2-6]。笔者就国内外瓜类蔬菜矮化突变体的遗传学相关报道进行综述，以期为深入利用植物矮生性状进行瓜类蔬菜种质资源改良和创制等研究提供参考。

1 黄 瓜

早年已经在黄瓜中报道了3 种不同类型的矮生突变体基因型：de、dw和W-sk[7-9]。21 世纪初，有关矮生突变体基因定位的研究开始被报道[10-12]。Fazio 等[10]利用171 份自交重组系和216 个F2个体构建了遗传图谱，通过遗传连锁和数量性状位点（QTL）分析确定de的位置与SSR 标记CSWCTT14 之间的距离为0.8 cM；Nam 等[11]以黄瓜品种的自交系为材料，构建了2 个BAC 文库，并运用9 个分子标记最终获得了de的基因位点。嵇怡等[13-14]应用ISSR 分子标记技术和BSA（混合群体分组分析）法筛选到1 个黄瓜矮生性状特异的多态性引物UBC818，连锁关系分析表明，标记与黄瓜矮生基因间的遗传距离为11.1 cM[13]；构建遗传连锁图谱，采用复合区间定位分析,检测到控制黄瓜株高性状的2 个QTL 位点均位于第4 连锁群上，控制节间距的1 个QTL 位点也位于第4 连锁群上[14]。在黄瓜中发现较早的3 个不同表型的矮化突变体为cp、cp-2、scp。矮化突变体cp为隐性突变导致节间缩短，并在黄瓜4 号染色体区域中被精确定位[15]；矮化突变体cp-2的矮化表型需要与cp基因相互作用[16]；与前两个突变体相比，超矮化突变体scp表现为主茎节间长度极度缩短，无侧枝，叶色深且皱缩，此外雌蕊表现异常[17]。近几年，由EMS 诱变获得的si、scp-1和scp-2矮化突变体被先后报道[18-20]。2016年，Lin 等[18]分离鉴定了由EMS 诱变产生的1 个矮生突变体（si），并精确定位出了候选基因CsaVFB1，经基因组测序和遗传连锁分析表明，CsaVFB1中的1 个密码子过早终止使F-Box 蛋白短截，导致黄瓜矮化。随后，黄瓜突变体scp-1和scp-2中相应的候选基因Cs CYP85A1和Cs DET2被分离克隆[19-20]。2019 年，徐丽霖[21]以黄瓜矮化突变体（Csdw）及其野生型为材料经遗传分析结果表明，Csdw 突变体矮生性状由1 对隐性单基因隐性控制，采用Mutmap、KASP 等技术分离克隆了黄瓜矮化表型候选基因CsCLAVATA1，该基因可能参与黄瓜茎尖分生组织的生长发育过程，而影响蔓长。尽管目前已报道了许多黄瓜矮生性状相关的突变体以及相应突变体候选基因的定位，但矮化表型与基因间的关系及基因作用机制仍需要进一步研究。

2 西 瓜

西瓜的矮生性状受4 个基因位点（dw-1、dw-2、dw-3、dw-4）控制，其中大多数为单基因隐性突变产生[22]。1956 年，美国学者Mohr[23]首次从长蔓西瓜品种‘WB-2’自交系中发现了表现为节间缩短的西瓜矮化突变体，随后Liu 等[24]报道了另一类型西瓜矮化突变体，Guner 等[25]将2 个基因分别命名为dw-1和dw-2，并发现dw-1与dw-2为非等位基因。1987年，Dyutin 等[26]发现了一种介于蔓生和矮生之间新的西瓜矮化突变体，经遗传学分析表明，该性状为隐形遗传，Guner 等[25]将其命名为dw-1s，并发现dw-1s和dw-1是等位基因。Huang 等[5]对1 个矮化、雄性不育的西瓜突变体研究表明，矮生性状受新的矮化相关基因dw-3控制，该基因控制的矮生性状与雄性不育同时出现，且dw-3的表达能被dw-1和dw-2所掩盖。2010 年，隐性矮化基因dw-4被报道，dw-4与dw-1和dw-2是非等位的[27]。马国斌等[28]对2 个矮生西瓜突变体进行遗传学分析发现，其中1 个矮性状是由2 对隐性基因（dw-1dw-1、dw-2dw-2）控制，该性状表现为短蔓，另一个矮生性状则受1 对隐性基因控制，其性状表现为中蔓。2016 年，Li[29]等和李国申等[30]对西瓜矮生小果突变体dsh 的遗传研究表明，该矮生突变受1 对隐性基因控制，遗传方式符合孟德尔遗传定律。目前，利用较多的矮生西瓜突变体主要分为dw1dw1型和dw2dw2型，均受1 对隐性核基因控制[21]，然而，西瓜矮化突变的分子基础仍不清楚。最近，基于下一代测序（NGS）的块状分离分析（BSA）方法已在多种作物中证明是快速定位基因的方法，此方法使西瓜的矮化基因定位成为可能。2018 年，Dong 等[31]通过应用下一代测序技术分析西瓜矮小（dsh）植株，发现了1 个矮化候选基因Cla010726，并将其命名为ClaGA20ox；经PCR 检测和SNP 分析结果初步证明Cla010726可能是矮化候选基因。Wei 等[32]利用正常系‘M08’和矮秆系‘N21’杂交F2 隔离群体，将隐性矮化等位基因（Cldf）精细定位在09 号染色体上的32.88 kb 地区，确定了Cldf 的最佳候选基因为编码3β-羟化酶的Cla015407，并通过数据分析表明Cldf 是GA 缺陷型突变体。2020 年，Gebremeskel 等[33]的研究结果也表明，Cla015407可能是控制西瓜短节间表型的候选基因，并且该表型对外源GA3的施用有反应。

3 南 瓜

目前，已报道的南瓜属植物矮化突变体的研究主要集中于西葫芦（Cucurbita pepoL.）和笋瓜（Cucurbita maximaDuch.），南瓜（Cucurbita moschataDuch.）矮化突变体报道相对较少。Shifriss 在1947年发现了西葫芦矮化性状存在显性发育逆转（developmental reversal of dominance）现象（早期F2群体中矮蔓与长蔓比例为3∶1，后期两者比例为1∶3）[34]。Grebenscikov[35]对西葫芦矮化突变体的遗传学分析表明，其矮化特征受1 个主效显性基因加上几个修饰基因控制，Edelstein 等[36]的研究表明矮化对长蔓表现完全显性。Singh[37]发现笋瓜的矮生性状主要受2 个隐性基因控制。Denna 等[2]认为这2 个隐性基因与西葫芦中的矮生基因是同源的，也可能受其他微效基因的调控。随着分子生物学的发展，国内外学者开始利用分子标记技术构建西葫芦高密度遗传连锁图谱，并对矮化基因进行定位。Gong 等[38]构建了西葫芦和南瓜的基因图谱，并将这些gSSRs用于西葫芦的遗传关系分析。Esteras 等[39]和Montero等[40]以2 个西葫芦品种为亲本，先后构建了2 个基于单核苷酸多态性（SNP）的遗传图谱，但在这2 个图中都没有检测到与株高性状相关的显著QTL。2014 年，Wang 等[41]对笋瓜矮生突变体（dm1）进行遗传分析表明dm1基因为隐性突变，矮化性状受1 个单基因座控制，并利用AFLP 标记将矮化基因大致定位到遗传距离为11.2 cM 的区域，此外，还鉴定出4 个与细胞分裂素或吲哚乙酸信号转导有关的矮化相关转录衍生片段（TDF）。Zhang 等[42]构建了1 个笋瓜高密度遗传图谱，并利用该图谱发现了3 个矮秆数量性状位点（QTLs），认为位于连锁群（LGs）3上的QTL（qCmB2）中1 个编码赤霉素（GA）20-氧化酶的基因Cma004516可作为控制南瓜藤蔓生长的候选基因。2018 年，Xiang 等[43]构建了西葫芦最高密度EST-SSR 遗传图谱，定位了西葫芦矮生性状（赤霉素敏感矮生型）的3 个QTL，覆盖主要QTL的候选区域为1.39 Mb，其中含有一个预测的赤霉素2-β-氧化酶基因。南瓜的矮生性状受显性矮化基因Bu控制[44]，与矮化基因Bu连锁的SCAR 标记已被报道[45]。王深浩等[46]利用黄瓜基因组序列，将南瓜矮生基因定位到黄瓜5 号染色体上,并开发了一个新的PCR 标记IF3629。Wu 等[47-48]在南瓜矮生型突变体的节间发育期利用cDNA-AFLP 技术，对差异表达基因进行了探索，得到4 条与矮生基因Bu差异表达的转录片段（TDFs，transcript derived fragments）[47]，并利用cDNA-AFLP 结合RACE 技术，克隆得到了1 个与南瓜蔓伸长相关的基因CmV1[48]。目前，南瓜属植物矮生基因研究报道大多是关于遗传规律分析和分子标记的定位，但控制南瓜矮生性状的Bu基因还没有被克隆，因此还需要进一步深入研究。

4 甜 瓜

目前，甜瓜中曾报道了3 个有关矮生性状的隐性基因：si-1、si-2和si-3[49-50]。1984 年，Paris 等[49]以2 份矮生甜瓜资源的遗传规律进行了研究发现，这2 个矮生性状分别由2 个不同的隐性基因控制，把其中1 个矮生基因命名si-1（short-internode-1），另1个矮生基因命名为si-2（short-internode-2），且si-1和si-2为非等位基因。1990 年，矮生基因si-3被报道，si-3与si-1或si-2为非等位基因[50]。21 世纪初，白戈等[51]发现甜瓜矮生性状并不符合3∶1 的分离规律，而是呈双峰曲线分布，说明该性状不受单基因控制，可能存在基因间互作。王建设等[52]发现其研究的2 份矮生甜瓜资源均被1 对隐性基因控制，且彼此间互为非等位基因。最近几年，关于甜瓜矮生性状相关基因的定位开始被报道。Hwang 等[53]的研究表明甜瓜短蔓性状是由单隐性基因mdw1控制，通过SSR 标记构建遗传图谱将其定位在7 号染色体上，并将候选基因ERECTA和UBI分别精细定位在到mdw1两侧的基因组区域0.6 cM 和1.2 cM处。齐振宇[54]利用RAD-seq（RestrictionAssociation Site DNA Sequencing）技术将甜瓜节间长相关联的SNP 定位于1 号、10 号染色体。熊姜玲[55]利用分子标记在2 份甜瓜材料杂交后代群体中发现，有4 个与甜瓜节间长度相关的SSR 标记，其中DE1185 标记和DE1957 标记连锁，标记间的距离为17.5 cM，但定位区间较大，作者并未确定最终的候选基因。2018 年，张肖静[56]将甜瓜短蔓基因si精细定位在标记d CAPS1 和d CAPS4 之间，距离为110 kb，在此候选区段开发了4 对d CAPS 标记，并推测d CAPS2 为控制短蔓性状的候选基因。2020 年，马建等[57]对矮生甜瓜突变体Z8 进行遗传分析表明，该性状受一对隐性核基因Cmdm1控制，并将Cmdm1精细定位于7 号染色体短臂标记c7-112 和s2 之间，距离约为56 kb，推测此区间内的MELO3C016916为Cmdm1最终的候选基因。

5 展 望

综上所述，瓜类蔬菜短蔓性状研究取得了一定进展，但其分子育种研究还很有限。目前仅对部分矮生性状进行了遗传分析，不同株型的矮生性状利用还有待于深入研究。矮生基因的分子标记、矮化基因精确定位以及分离克隆等的研究尚待加强。此外，现已知的矮生瓜类蔬菜突变体尚存在一些不良性状，对其遗传改良和应用价值开发尚缺乏深入系统的研究，如一些突变体在黄瓜和甜瓜等作物中表现为矮化表型，但这些矮生突变体常伴有畸形，限制了短蔓育种的应用，所以发掘新的矮生性状、克隆和利用新的矮生基因将是今后瓜类蔬菜矮生育种工作的重要内容，具体主要表现在以下几个方面：①通过发掘新的矮化突变体来丰富瓜类蔬菜的矮生资源，解决部分瓜类蔬菜矮化资源单一化等问题。②分子标记辅助选择聚合有利矮生性状，同时满足多个育种的目标，加速矮生育种进程。③定位克隆矮化基因，并利用基因工程技术，获得藤蔓长度合理的葫芦科植株，这将成为未来生产的重要手段。