张金鹏，金 鑫，赵艳菲，陈 莹，惠长敏

（吉林省蔬菜花卉科学研究院 长春 130033）

西瓜（）是世界十大水果之一，我国是世界第一大西瓜生产国和消费国，西瓜的栽培面积和产量居世界首位。优良的西瓜品种是保障高效、优质生产的基础。近年来，我国的西瓜科研和育种工作取得了较大进展，完成了高质量的西瓜基因组序列图谱，通过大规模基因组重测序揭示了西瓜果实品质与抗性的选择驯化历程，并解析了糖分积累、糖酸代谢、瓤色进化、风味形成等重要代谢途径的分子机制，对西瓜果实品质、植株形态、抗病抗逆等重要农艺性状进行了基因定位，开发了大量与目标性状紧密连锁的分子标记。为分子标记辅助西瓜育种奠定了坚实的基础，极大地促进了分子标记辅助选择在西瓜品种改良和新品种选育中的应用和发展，并利用该技术育成早熟、抗病、优质、丰产的京欣系列西瓜品种和系列优质、抗逆（抗病、耐湿、耐盐等）、综合性状优良的无籽西瓜新品种。刘文革对西瓜重要农艺性状功能基因遗传和定位信息进行了总结，综述了西瓜遗传育种研究进展并对前景进行展望，具有重要参考意义。利用分子标记辅助选择能够容易、快捷、精确选择具有目标基因或性状的西瓜育种材料，实现对目的基因的跟踪；同时不受环境因素和生长时期的影响，避免表型选择不准确和受时间限制；减少了田间工作量，提高了育种效率，加快了西瓜育种进程，具有重要研究意义和应用价值。现就分子标记技术辅助西瓜育种研究与应用总结如下。

1 抗病虫育种

1.1 抗枯萎病

西瓜枯萎病是导致西瓜生产中产量和品质下降、甚至绝收的真菌土传病害，西瓜抗枯萎病相关分子标记研究相对较早，已经开发出多个与枯萎病抗性紧密连锁的分子标记，并广泛应用于西瓜抗枯萎病种质筛选和新品种选育之中。张屹等研究表明，栽培西瓜对枯萎病生理小种1 的抗性受显性单基因控制，开发了3 个抗西瓜枯萎病菌生理小种1的 CAPS/dCAPS 标 记 7716_fon、7419_fon 和4451_fon，在164 份优良西瓜育种材料中进行了验证，3 个标记与田间抗病表型性状的符合率分别为98.7%、96.9%、80.4%，可以有效区分栽培西瓜对枯萎病菌生理小种1 的抗病、感病性，为西瓜栽培品种枯萎病抗性改良建立了有效的技术手段。REN等开发了用于检测西瓜枯萎病生理小种1 抗性基因-的SNP 标记Chr1SNP_502124，在231 株F种群中进行了测试，小种fon 1 接种后第21 天，229 株植物的表型与基于该SNP 标记预测的基因型一致。李娜等对西瓜枯萎病生理小种1 抗性进行了QTL 精细定位，将fon 1 的置信区间锁定在1号染色体的459 624～704 880 bp，缩减至246 kb 的物理距离，开发了InDel 标记，并在130 份西瓜资源中分析验证，与田间抗病表型性状的符合率达到70.8%，同时该标记简便实用、高效低耗。焦荻等使用SNP 标记对各世代群体进行分子标记辅助选择及苗期抗病性接种鉴定，在构建的673 株BCF代自交群体中检测到29 株纯合基因型（AAAA）抗病单株，占总检测株数的4.31%，与苗期抗病性接种鉴定结果符合度达到100%。利用西瓜枯萎病分子标记辅助育种体系，焦定量等选育了2 个高抗枯萎病西瓜品种科优102 和津早30；范敏等选育了3 个抗性达中抗以上的西瓜新品种红和平、天成和丰华21；羊杏平和徐锦华等选育了早抗京欣和苏蜜5 号等系列抗病品种。

1.2 抗白粉病

西瓜白粉病主要危害西瓜叶片、叶柄和茎，限制叶片的光合作用，影响西瓜品质和产量。KIM等发现了与西瓜白粉病抗性紧密连锁的标记物OP-483，并转化为SNP 标记MCA-A/G，研究认为，西瓜抗白粉病性状受不完全显性单基因控制，候选基因位于2 号染色体（Chr02）上，检测到的pmr2.1，解释了80.0%的表型变异。MANDAL 等通过对西瓜-白粉病互作过程中的抗性信号解析发现，抗性基因座是显性基因，抗性基因被鉴定为，在20 个测试品系中与具有白粉病抗性个体中的抗性基因座共分离，基因可用于西瓜抗白粉病分子标记辅助育种，具有重要价值。姬万丽等以198 份不同种质资源类型的西瓜为试验材料，运用CAPS 标记技术分别对这些种质资源进行抗白粉病、枯萎病基因型分析，其中35 份表现为抗白粉病基因型，还发现了23 份兼抗枯萎病和白粉病的材料。

1.3 抗炭疽病

西瓜炭疽病在西瓜整个生长周期均可发生，叶片、茎蔓、果实均能感病，严重危害西瓜生产。JANG 等研究表明，西瓜炭疽病抗性由单个显性等位基因决定，发现炭疽病抗性的表型变异可通过位于的外显子上CL14-27-9 SNP 的基因型来验证。张敬敬等使用已开发的西瓜抗炭疽病、抗枯萎病、抗白粉病分子标记，利用高通量分型KASP 技术对130 份西瓜种质相关的基因进行了检测，19 份材料含抗炭疽病基因，5 份材料同时含抗炭疽病基因和抗枯萎病基因，1 份材料同时含抗炭疽病基因和抗白粉病基因，1 份材料同时含有3 种抗病基因。易丽聪等利用已报道的西瓜抗枯萎病、炭疽病和白粉病分子标记对230 份西瓜种质资源进行抗病性鉴定，分别筛选出相应的抗性种质60份、20 份和35 份，其中，兼抗炭疽病和枯萎病的资源6 份，兼抗炭疽病和白粉病的资源6 份。武彦荣等利用高通量抗多种病害分子标记辅助选择与常规育种技术相结合的高效育种技术体系，创制出枯萎病、白粉病、炭疽病单抗或多抗西瓜骨干自交系18 份，其中JB-3 同时抗3 种病害；培育出4 个设施多抗优质丰产耐贮运西瓜新品种华欣2 号、美胜、星研七号、美佳。

1.4 抗蔓枯病

蔓枯病是西瓜的主要病害之一，主要危害瓜蔓、叶片和果实。关于西瓜蔓枯病抗性的分子机制研究相对较少，有研究表明，西瓜蔓枯病抗性可能与多个基因座有关。HASSAN 等确定了6 个可能参与西瓜对致病菌感染的反应候选基因，包括Chr8 上的、和以及Chr1、Chr2 和Chr5 上的、和，为进一步开展功能研究和开发抗蔓枯病西瓜分子标记提供了基础。LEE 等研究表明，8 号染色体上的qLL8.1 和qSB8.1 两个QTL 被确定为主要QTL，6 号染色体上的qSB6.1 被确定为次要QTL，同时为了验证qLL8.1 和qSB8.1 的QTL效 应，将 2 个 侧 翼 标 记（chr8_WGRS240 和chr8_WGRS(3)185）转化为KASP 标记，并在9 个西瓜种质和13 个商业栽培品种中进行验证，6 个种质对蔓枯病具有高抗性并具有抗性基因型。GIMODE 等确定了3 个与蔓枯病抗性相关的QTL（ClGSB3.1、ClGSB5.1 和ClGSB7.1），解 释了6.4%～21.1%的表型变异，针对ClGSB5.1 和ClGSB7.1 开发标记用于西瓜分子标记辅助育种，并提出作为西瓜蔓枯病抗性的候选基因。

1.5 抗细菌性果斑病

细菌性果斑病由西瓜嗜酸菌引起，在西瓜各个生长期间均能发生，是一种毁灭性病害。栽培西瓜的细菌性果斑病抗性大多数来源于其近缘种饲用西瓜，且由于受环境影响强烈、低遗传力和显著的基因型与环境的相互作用而变得复杂，尚未发现具有免疫性的种质。BRANHAM 等利用抗细菌性果斑病（USVL246-FR2）和易感细菌性果斑病（USVL114）品系之间杂交建立的重组自交系群体，研究叶片对西瓜细菌性果斑病菌的抗性，确定了6 个与叶片细菌性果斑病抗性显著相关的QTL，每个QTL解释了种群中细菌性果斑病抗性变异的5%～15%，其中，3 个QTL（qAc-1.1、qAc-2.1 和qAc-8.1，分别位于1、2 和8 号染色体）解释了最高比例的变异。WU 等在饲用西瓜和黏籽西瓜第10 号染色体上鉴定了2 个QTL 可用于分子标记的开发，构建抗性基因，以提高栽培西瓜对细菌性果斑病的抗性。

1.6 抗病毒病和蚜虫

西瓜病毒病主要通过种子带菌和蚜虫汁液传播。刘洁对西瓜抗黄瓜绿斑驳花叶病毒病进行遗传分析与抗性基因定位研究，结果表明，西瓜病毒病抗性由多对隐性基因控制，初步定位了西瓜抗黄瓜绿斑驳花叶病毒的候选基因位于4号染色体20.95～21.96 Mb 的关联区域，关联区域内共注释到56 个基因。高宁宁等利用SRAP 分子标记对51份西瓜抗、感病毒病种质资源遗传多样性分析，为加速西瓜抗病毒病新品种的选育进程提供理论参考，发现抗病毒型与感病毒型西瓜种质的亲缘关系较近，遗传多样性丰富度不高。马少芹等研究了西瓜抗小西葫芦黄花叶病毒基因的连锁分子标记，成功转化的SCAR 标记SCAK13-644 在小西葫芦黄花叶病毒中国株系抗性转育后代自交系上得到了验证，表明该标记可以作为西瓜抗病毒病辅助选择的分子标记。徐雪莲研究发现，西瓜抗蚜性由单显性核基因控制，且能稳定遗传，并从89 个随机引物中筛选得到1 个与西瓜抗蚜性基因连锁的分子标记W04530，并转化为SCAR 标记W04-S，在F群体和供试抗、感品种中进行了验证，为今后西瓜抗蚜种质资源的筛选与鉴定、抗蚜性分子辅助育种的选择奠定了基础。

2 品质改良育种

品质性状是西瓜新品种选育过程中最重要的目标之一，随着人们对美好生活的向往，高品质、多样化、独具特色的西瓜越来越受到市场欢迎，而且经济效益更高。高效的分子标记辅助选择更能加快优质特色西瓜新品种的选育速度，有效促进西瓜新品种品质改良。近年来，西瓜果实糖度、果肉硬度、果实pH、耐裂性、果实苦味等品质性状是研究和应用的热点。许勇团队全面系统解析了西瓜果实“甜蜜”基因4 个重要节点进化的分子机制，建立了高效转育高糖、高品质的西瓜分子标记辅助育种技术体系，结合常规育种技术，从野生材料引入了抗病、硬脆果肉、抗裂、耐贮运等优异基因，培育了京美系列西瓜品种。高磊等利用SSR 标记对西瓜果肉硬度性状的连锁分析发现，位于第6 染色体上的标记BVWS00954 与控制西瓜果肉硬度的基因连锁。SUN 等通过西瓜果肉硬度的连锁图谱和转录组分析，将控制西瓜果肉硬度的主要基因定位于2 号染色体和8 号染色体，为控制西瓜果肉硬度基因的精细定位、图位克隆及分子标记辅助选择育种奠定了基础。ANEES 等研究发现，参与细胞壁生物合成和乙烯途径的8 个基因为果实硬度基因调控模块中的枢纽基因，分别是、、、、、、、。

糖和有机酸含量对西瓜果实风味形成起重要作用，果实糖度和硬度一直是育种的重要目标性状，被育种家所重视，西瓜的酸味、苦味、耐裂等风味或性状也逐渐引起育种家的兴趣。高磊对西瓜果实酸味性状的主效基因进行了精细定位，发现仅有和这2 个基因在不同果实酸味的材料中差异表达，可能对西瓜果实中有机酸的积累起决定作用。JAWAD 等挖掘到了38 个与西瓜果实糖酸合成与转运相关的关键基因，为提高西瓜果实品质和风味分子标记辅助育种奠定了重要基础。江海坤对西瓜裂果机制及其分子标记进行了研究，筛选出的引物me8-em1 可能是与裂果相关的SRAP 标记。李兵兵和GONG 等发现，西瓜苦味是显性性状，结合遗传图谱和精细定位推测基因为控制西瓜果实苦味的候选基因，并获得与目标性状紧密连锁的分子标记，可用于西瓜分子标记辅助育种。以上研究涵盖了鲜食西瓜重要的品质性状，可以作为西瓜新品种品质改良重要、高效的辅助手段。在不同西瓜育种群体中应用时应事先验证标记的有效性，从而准确、快速筛选育种目标基因。刘文革团队通过西瓜分子标记技术、离体细胞染色体加倍技术与传统的杂交育种技术有机结合，选育出高番茄红素、瓜氨酸含量的高品质西瓜新品种绿野无籽、金兰无籽等，利用SSR 分子标记筛选具有酸味的西瓜株系并筛选出了酸甜风味西瓜株系SW。

3 其他农艺性状改良育种

3.1 果实性状

果实性状在西瓜新品种选育过程中能够最直观地显示品种特色，不同的果肉颜色、果皮颜色、果皮覆纹和果实形状极大丰富了西瓜果实类型的多样化，也是新品种选育的重要目标性状。关于西瓜果肉颜色、果实形状、果皮颜色、果皮覆纹、果粉等性状紧密连锁的分子标记也被相继开发和利用。ZHANG 等研究明确了西瓜红瓤基因功能，并揭示了转录后翻译及蛋白水平调控是果肉细胞类胡萝卜素代谢的有效途径，丰富了果实类胡萝卜素代谢途径调控理论，并为高品质西瓜育种提供了理论依据。LI 等确定了一个调控西瓜的鲜红色果肉颜色的显性基因Y，将其定位到6 号染色体上的一小段区域内，开发了2 个Indel 标记用于深红色果肉西瓜的辅助选择。WANG 等研究表明，红肉颜色是由隐性基因控制的，精细定位到第4 号染色体上2 个候选基因和，开发了能够区分西瓜红色和黄色果肉的CAPS 标记，并在81 个西瓜种质中检测验证。SUBBURAJ 等开发了与不同的果肉类型有共分离的CAPS 标记，可用于区分红色、黄色和橙色的果肉颜色类型。

豆峻岭发现西瓜果形长、圆受单基因控制，表现不完全显性遗传，控制西瓜果实长、圆的候选基因为，开发出了一个InDel 标记，并在F群体以及105 份自然群体中进行了验证。李娜等利用不同类型的西瓜核心种质实现了西瓜果形的分子精准鉴定，还挖掘到2 个西瓜果形的功能变异并开发标记，为西瓜果形的分子精准鉴定提供技术支撑。PARK 等定位了西瓜3 个果皮表型的基因位点（S 位点果皮条纹有或无，D 位点果皮颜色墨绿或浅绿，Dgo 位点果皮颜色绿或黄色），这3 个基因座位于不同的染色体上，通过分子遗传分析验证了西瓜果皮表型的三基因座模型，提出了一种快速实用的分子标记开发策略。白晶研究表明，西瓜果皮绿色深浅是受多个基因调控的数量性状，并且果皮深绿色对浅绿色为不完全显性。LI 等对控制西瓜果皮颜色（墨绿色浅绿色）的候选基因精细定位到8 号染色体142.7～154.7 cM 范围内，并获得了可能的候选基因，同时设计了1个CAPS 标记并在103 份西瓜种质资源中进行验证，结果表明，该标记与西瓜果皮颜色表型紧密连锁。豆峻岭研究表明，西瓜果皮黄色为单基因控制，黄皮对绿皮为显性，将黄色果皮候选基因定位到4号染色体59.8 kb 的区域内，并开发出了1 个和西瓜果皮黄色紧密连锁的SNP 标记，并且在20个自然群体中进行了验证，该标记可用于果皮黄色的苗期鉴定以及分子标记辅助育种。KIM 等开发了用于选择Jubilee 型条纹图案的分子标记wsbin6-11。栾非时等对西瓜果皮蜡粉相关基因的研究表明，西瓜果皮蜡粉性状受1 对显性基因控制，在第8 号染色体定位到1 个距离为2.78 cM 控制西瓜果皮蜡粉的位点和2 个与该位点紧密连锁的CAPS 标记，分别为w8-6149 和w8-0794，利用100份西瓜自然群体材料分析2 个与西瓜果皮有蜡粉紧密连锁标记的有效性，分子数据与田间数据吻合率分别为79.0%和72.0%。

3.2 植株性状

西瓜植株性状比较丰富，像短蔓、少侧蔓等性状有利于西瓜的简约化栽培，培育栽培上省工省力、适合精简化生产的西瓜品种也是西瓜育种的一个重要方向。西瓜植株性状的分子标记辅助选择研究和应用主要在节间长度（短蔓、矮化）、无侧蔓、无卷须、裂刻叶、叶片颜色、强健根系等方面，促进了西瓜植株多样化的育种。WEI 等和GEBREMESKEL 等对西瓜节间长度和矮化性状进行了研究，开发了与短蔓性状紧密连锁的分子标记，为西瓜短蔓性状的分子标记辅助选择奠定了基础。ZHU 等将-基因精细定位在9 号染色体上107.00 kb 的候选区域，预测有6 个基因位于候选区域，其中的表达水平在矮株系WM102 中测试的所有组织中均显著降低。HAILESLASSIE研究表明西瓜短蔓为单基因控制的隐性性状，并将候选区间定位于9 号染色体，发现可能是控制西瓜节间长度的候选基因；同时发现西瓜叶色后绿性状受单个隐性基因（）控制，并精细定位到3 号染色体一个53.54 kb的区域内，表明可能是控制西瓜叶色后绿的候选基因。DOU 等鉴定了一个由单个隐性基因控制的侧向无枝性状，将无侧枝基因定位在西瓜4 号染色体上，候选基因为，开发的dCAPS 标记在BC和F群体中的无分枝表型共分离，并在152 个西瓜种质中验证。WEI 等定位了控制西瓜裂刻叶的基因，陈鑫儿对西瓜裂刻叶基因进行了精细定位，确认为候选基因，以助力西瓜分子标记辅助选择育种。

3.3 种子性状

西瓜种子像西瓜果实和植株一样，丰富多彩，多样化性状明显。鲜食西瓜无籽或种子越小越好，有利于提升吃瓜的方便性和愉悦感；籽用西瓜的种子越大越好，这样能提供更加丰富的油类和蛋白质等营养物质。同时西瓜种子还具有不同的颜色，有的种子上还会有覆纹或种脐斑。关于西瓜种子性状也有一定的研究进展，已经报道关于西瓜种子大小、种皮颜色、种脐斑性状、黏籽等性状的分子标记开发和利用。LI 等发现了西瓜种子大小的候选基因并精细定位，确定了qSS4 和qSS6 为种子大小的2 个多效性QTL；qSS6 分别解释了千粒重、种子长度和种子宽度表型变异的93.00%、94.11%和95.26%，被定义为主要QTL；并开发了相关分子标记用于西瓜种子大小的辅助筛选。LI 等研究表明，单个显性基因控制西瓜黑色种皮，将西瓜黑色种皮的候选基因定位到3 号染色体上70.2 kb 的区间内，区间内命名为1 的能够编码多酚氧化酶，该酶参与黑色素生物合成的氧化步骤，是西瓜黑色种皮颜色的候选基因。PAUDEL等开发了KASP 检测和与4 个基因座相关的SNP 标记UGA3_5820134、UGA5_4591722、UGA6_7076766 和UGA8_22729513，以促进西瓜种皮颜色的标记辅助选择。张晓雨确定了为西瓜种脐斑性状的候选基因，利用开发dCAPS 分子标记Zshpr101 在71 份材料的种质资源群体中验证，基因型与表型符合率为69%。

4 展 望

除上述西瓜性状分子标记之外，还有西瓜雌性系基因、细胞核雄性不育、重要抗逆基因等紧密连锁的分子标记被挖掘和应用。SSR、CAPS、Indel、SNP-KASP 分子标记相继在西瓜育种中研究和应用，分子标记辅助选择已成为高效的育种手段应用于西瓜抗病抗逆抗虫育种、品质改良和多样化育种、适宜精简化栽培品种的选育。但是开发的分子标记在不同育种群体中的适用性有待进一步确认和研究，且大部分集中在西瓜的质量性状，对受微效多基因控制的数量性状标记的研究仍具有一定的局限性。

随着分子生物学和生物信息学的发展，分子标记辅助西瓜育种将会更加精准、实用、高效。通过分子标记辅助选择和常规育种相结合，开展西瓜育种材料鉴定、回交改良、基因聚合、轮回选择和全基因组选择是重要的研究、应用和发展方向。利用分子标记对西瓜种质资源或子代材料性状进行提前鉴定，快速高效完成西瓜育种必要的前期工作；对分子标记辅助进行前景选择和背景选择，快速渗入性状基因、改良西瓜亲本材料；对西瓜多个抗病基因或优质、有利性状基因等标记选择，辅助轮回选择聚合有利基因或多基因聚合育种；随着西瓜分子标记的增加和对全基因组的覆盖，全基因组选择育种将会大幅度提升西瓜育种的准确性和效率。加之现代育种技术的发展和应用，西瓜分子标记辅助育种也将融入基因编辑、合成生物、分子设计这个综合育种体系之内，助力西瓜现代育种，攻克卡脖子技术，从而优质、精确、简单、高效地进行育种工作。