西瓜抗病毒病研究进展

摘    要：西瓜是消暑佳果，为葫芦科重要的经济作物之一，我国的西瓜种植面积和产量均处于世界第一位。植物病毒病素有植物“癌症”之称，病毒复制速度快且能破坏寄主免疫功能，一旦发病则损失严重。病毒病可使西瓜叶片皱缩、植株矮化，严重影响果实发育、造成果实产量和品质下降甚至绝收，是危害西瓜生长的重要病害之一，在生产中以预防为主。综述了西瓜抗病毒病种质资源利用、抗病毒病机制、防治手段等内容，为多种途径创制西瓜抗病毒病资源、诱导西瓜提高抗病性，进一步从分子水平研究西瓜病毒病、有效防控病毒病提供参考。

关键词：西瓜;病毒病;抗性机制;育种

中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2022）02-001-06

Research progress of virus resistance in watermelon

REN Yici1， LIU Xicun1， WANG Wenying1， HUO Jianzhong1， GUO Chunjiang1， ZHAO Weixing2

（1. Xinxiang Academy of Agricultural Sciences， Xinxiang， Henan 453000， China; 2. Horticulture Research Institute， Henan Academy of Agricultural Sciences， ZhengZhou， Henan 450002， China）

Abstract： Watermelon is one of the most important cucurbit crops， and China is the largest watermelon producer and consumer. Virus disease is a limiting factor for watermelon production. Once the virus disease occurs， watermelon yields and quality lose seriously. Virus affection causes watermelon leaves shrink and plants dwarf， fruit malformed， yield and quality drop to no harvestable under severe situation. Prevention is the most important measure for watermelon virus disease management. In this article， we review the research progress of resistant germplasm utilization， resistance mechanism and various virus disease management methods. We hope to provide useful information and references for better resistant germplasm development， research at molecular level and more effective virus disease management.

Key words： Watermelon; Virus disease; Resistant mechanism; Breeding

西瓜[Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum.]属葫芦科一年生蔓生藤本植物，口感甘甜，备受人们喜爱，是夏季降温消暑的首选水果。西瓜也是农民增收的重要经济作物之一。FAOSTAT统计数据显示，2020年世界西瓜栽培面积为305.33万hm2，产量为10 162.04万t，中国的西瓜栽培面积为140.59万hm2，产量为6 024.69万t[1]，均居于世界前列。因此，大力发展和引导西瓜产业对于提高农民收入、增加农业效益方面起着重要的作用。

病毒病作为西瓜主要病害之一，在世界范围内均有发生，可造成西瓜大面积减产，带来严重的经济损失。因此，进一步了解病毒病的传播与进化，逐步改进提高防治效率，挖掘抗病毒病西瓜种质资源、从分子层面探索抗病毒病机制，成为亟待解决的问题。笔者对近年来国内外西瓜抗病毒病研究现状和成果进行了综述。

1 西瓜抗病毒病育种进展

1.1 传统育种方面

目前，西瓜抗性种质资源种类和数量相对比较丰富，PI 595203属于黏籽西瓜（C. mucosospermus）亚种，其抗病性强，对小西葫芦病毒（Zucchini yellow mosaic virus，ZYMV）、西瓜花叶病毒（Watermelon mosaic virus，WMV）、番木瓜环斑病毒西瓜株系（Papaya ring spot virus-watermelon strain，PRSV-W）、黄瓜绿斑驳花叶病毒（Cucumber green mottle mosaic virus，CGMMV）都具有抗性[2-5]。饲用西瓜（C. amarus）和药西瓜（C. colocynthis）均存在抗病毒病种质，毛西瓜（C. lanatus）中特有抗南瓜脉黄化病毒（Squash vein yellowing virus，SqVYV）种质资源PI 482266、PI 392291[6]，抗ZYMV、PRSV-W种质资源PI 595201[7-8]。WU等[9]通过比较不同种群的SNPs差异，发现毛西瓜与黏籽西瓜的亲缘关系更紧密，可在栽培研究中加以利用。

2008—2014年，康宇静等[10]利用高抗ZYMV的PI 595203与农艺性状良好的西瓜种质杂交，通过杂种后代快速选育技术，选育出中、高抗且农艺性状优良的纯合种质15份。2016年LEVI等[11-12]育成抗ZYMV的USVL-370品系，随后利用PI 595203以及Charleston Gray创制出其姊妹系USVL-380，果实品质更佳，且能应用于增强西瓜对马铃薯Y病毒的抗性育种工作。

1.2 分子育种方面

1.2.1 基因与基因组分析 XU等[2]利用PI 595203材料筛选出高抗ZYMV（ZYMV-CH）和中抗WMV的资源，并进行基因定位，结果显示对ZYMV-CH的抗性是由1个单隐性基因控制（zym-CH）。对WMV的抗性至少由2个隐性基因控制。马少芹等[13-14]在ZYMV-CH抗性F2群体中获得与抗性基因紧密连锁的RAPD标记并转化为SCAR标记。研究显示，抗病毒病西瓜野生种质PI 595203与感病普通西瓜自交系98R为亲本的F3代株系，同时具有抗PRSV-W和ZYMV-CH两种病毒的特性，且这2个抗性基因存在连锁关系。LING等[15]利用在抗、感亲本的eIF4E基因存在的SNP差异设计CAPS标记，并将标记与ZYMV抗性位点（zym）的连锁距离确定到7 cM。徐向丽等[16]构建了西瓜参考遗传图谱，将西瓜抗病毒病基因zym-CH初步定位在3号连锁群105 cM 处。

刘洁[5]利用PI 595203与M1511-3为亲本构建群体，对西瓜抗CGMMV性状进行定位，结果表明西瓜CGMMV抗性为多对隐性基因控制的数量性状，定位于4号染色体的1.01 Mb区间内。2017年，LI等[17]对2种接种方式接种CGMMV病毒的西瓜果实进行转录组分析，探究差异表达基因及其功能。结果显示，CGMMV感染显著影响细胞壁成分和光合系统的表达水平相关基因。

2020年，NAGESH等[18]选择抗西瓜芽坏死病毒（Watermelon bud necrosis orthotospovirus，WBNV）的饲用西瓜IIHR品种进行抗病基因的QTL定位，并构建2个群体的连锁图谱，结果显示，该抗病性状为多基因控制的数量性状，定位结果为：群体Ⅰ中该基因位于3b连锁群上，群体Ⅱ中分布于第2、4、7、8连锁群。

ALVES等[19]利用PI 595201和Crimson Sweet为亲本构建分离群体，结果显示抗PRSV-W性状的遗传受2对基因控制，加性基因效应起主导作用，也受不完全显性效应控制。WU等[9]运用GWAS分析得出，C. lanatus对PRSV-W的抗性可能受多个基因的加性效应控制，C. amarus对PRSV-W的抗性则由单隐性基因控制。

张建新等[20]对WMV中国分离株进行全基因组测序，研究比较了不同地区的基因差异性。2020年，RAKESH等[21]对印度2个地区的WMV分离株进行全基因组序列分析，比对发现，该病毒的印度分离株与法国分离株亲缘关系较近，并探究WMV的分子多样性，有益于分析WMV的突变与传播。

姜军等[22]通过高通量测序技术鉴定西瓜新病毒：西瓜皱叶病毒1号（Watermelon crinkle leaf-associated virus 1，WCLaV-1）、西瓜皱叶病毒 2号（Watermelon crinkle leaf-associated virus 2，WCLaV-2）和西瓜病毒 A（Watermelon virus A，WVA）。

高宁宁等[23]利用SRAP分子标记对51份抗、感病毒病西瓜种质进行遗传多样性分析、聚类分析等，有利于明确供试材料间的亲缘关系，为高效选配亲本、发掘优良抗病毒病型西瓜种质资源提供参考。

1.2.2 转基因育种 利用基因工程手段，黄学森等[24]将WMV的外壳蛋白（Coat protein，CP）基因导入西瓜植株获得抗病资源，由于该材料抗性单一，随后将WMV的CP基因、ZYMV和CMV复制酶基因导入西瓜植株，育成西瓜抗病毒病新材料BH-1。2003年王慧中等[25]将WMV-2 的CP基因转入西瓜，获得对WMV-2具有高度抗性的纯合株系。2005—2007年，PARK等[26]将CGMMV-CP的cDNA转入西瓜砧木中，并获得抗性转基因株系BC1T5。2010年HUANG等[27]利用根癌菌介导法将西瓜银斑病毒（Watermelon silver mottle virus，WSMoV）的核蛋白基因转移到西瓜上，获得抗性植株。YU等[28]将ZYMV和PRSV-W的CP基因片段组成嵌合体结构导入西瓜，获得同时抗2种马铃薯Y病毒的转基因西瓜，LIU[29]等得到抗CMV的转基因西瓜植株。

西瓜抗病毒病分子方面的研究还未见基因的精准克隆以及利用的相关报道，仍需要进一步深入研究。关于葫芦科作物抗病毒病的基因研究还包括黄瓜、甜瓜、南瓜等。例如CASTRO等[30]将甜瓜材料TGR-1551控制WMV抗病性的主效基因定位于11号染色体的760 kb范围内。甜瓜材料PI 161375的抗性与CMV的种类有关，可能由1个隐性基因控制或者至少2个数量基因控制[31]。从细菌中提取的八氢番茄红素合成酶（Pantoea ananatis phytoene synthase，crtB）在受病毒侵染的组织中诱导积聚类胡萝卜素，并且crtB在甜瓜中的表现比葫芦中更直观。因此该重组克隆WMV-crtB可作为甜瓜育种中通过视觉诊断跟踪植株抗WMV的有效工具[32]。当前基于人工核酸内切酶CRISPER/ Cas9的编辑工具发展迅速。以色列学者研究发现，靶向黄瓜eIF4E基因第1和第3外显子位点的Cas9/sgRNA后的纯合T3代表现出对PRSV-W、ZYMV和黄瓜脉黄化病毒（Cucumber vein yellowing virus，CVYV）的抗性[33]。刘华威等[34]将CRISPER技术与测序技术结合，在甜瓜属作物对CGMMV的控制和防御方面有广阔的应用前景。开发与西葫芦抗ZYMV基因紧密连锁的分子标记，可在苗期淘汰不含抗病基因的单株，检测准确率高，可为抗病种质创制及抗病品种快速选育提供支撑[35]。