西瓜基因工程研究進展

摘 要：綜述了西瓜基因工程在遺傳轉(zhuǎn)化方法、抗病基因應(yīng)用、基因工程育種等方面的研究進展，并指出了其存在的問題。

關(guān)鍵詞：西瓜；遺傳轉(zhuǎn)化；基因工程

中圖分類號 S651 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）16-17-02

西瓜是世界性的大宗水果，西瓜栽培面積和產(chǎn)量居世界水果的第5位。我國是西瓜生產(chǎn)和消費大國，生產(chǎn)面積和產(chǎn)量均居世界第1位，約占世界總面積和總產(chǎn)量的45%以上[1-2]。目前市場上西瓜品種較為單一，且大部分品種抗病性差，栽培種遺傳基礎(chǔ)狹窄與病蟲害為害嚴重等因素極大影響了西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，培育高品質(zhì)的西瓜是提高市場競爭力的前提。傳統(tǒng)的育種方法年限長、效率低，采用基因工程手段進行種質(zhì)創(chuàng)新在西瓜育種方面得到了廣泛應(yīng)用，大大提高了育種效率。

1 西瓜基因工程現(xiàn)狀

1.1 遺傳轉(zhuǎn)化方法 在西瓜上常用的遺傳轉(zhuǎn)化方法為農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和花粉管通道法。

1.1.1 農(nóng)桿菌介導(dǎo)法 西瓜高效離體培養(yǎng)再生體系的建立是遺傳轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)與關(guān)鍵環(huán)節(jié)。西瓜屬于雙子葉植物，其再生能力較差，國內(nèi)外學(xué)者對此做了大量工作，Choi等[3]首次應(yīng)用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法對西瓜進行遺傳轉(zhuǎn)化研究，成功獲得GUS報告基因陽性植株，為導(dǎo)入其他外源基因奠定了基礎(chǔ)。Ellul等[4]對西瓜遺傳轉(zhuǎn)化體系進行了優(yōu)化，酵母耐鹽基因HAL1在CaMV35S啟動子、增強子與ALMV的RNA4前導(dǎo)序列驅(qū)動下，成功獲高耐鹽的轉(zhuǎn)基因西瓜植株，轉(zhuǎn)化率為2.0%～5.3%。隨著離體培養(yǎng)再生技術(shù)體系的逐步完善，將有更多的外源基因通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)入西瓜中，加快其種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良進程。

1.1.2 花粉管導(dǎo)入法 由于西瓜花器較大，可采用花粉管導(dǎo)入法對西瓜進行遺傳轉(zhuǎn)化。王果萍等[5]將攜帶外源幾丁質(zhì)酶基因的質(zhì)粒DNA涂抹在授粉后的西瓜柱頭上，使其沿花粉管通道進入到生殖細胞，獲得3個抗枯萎病株系。王浩波等[6]采用子房注射法將南瓜總DNA導(dǎo)入西瓜，經(jīng)病圃田間篩選和6代自交純化已獲得5份穩(wěn)定西瓜新材料。花粉管通道法操作簡單，育種工作在大田中即可操作，因此可將此法廣泛應(yīng)用于其他基因的導(dǎo)入。

1.2 西瓜基因工程育種研究現(xiàn)狀 病毒病害是西瓜最重要的病害之一，嚴重影響西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。基因工程的利用為培育抗病品種、改良西瓜品質(zhì)提供了一條全新的途徑，其主要手段有導(dǎo)入外殼蛋白基因，利用病毒衛(wèi)星RNA，利用病毒反義RNA等。Huang等[7]利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將含有西瓜銀色斑駁病毒的核蛋白基因轉(zhuǎn)入西瓜，通過PCR及Southern Blot驗證均獲得了轉(zhuǎn)基因植株，為下一步西瓜抗病育種奠定了基礎(chǔ)。Park等[8]將編碼黃瓜綠葉斑駁病毒外殼蛋白的cDNA轉(zhuǎn)化到西瓜中，轉(zhuǎn)化率只有0.1%～0.3%，經(jīng)抗性鑒定，在140株轉(zhuǎn)基因植株中有10株抗黃瓜綠葉斑駁病毒。

我國育種工作者在西瓜基因工程方面也做出很多工作，吳明珠院士課題組[9]于2000年提取野生西瓜DNA利用花粉管通道法轉(zhuǎn)入西瓜，所分離的后代均抗枯萎病，且果實品質(zhì)變好。湖南湘園瓜果種苗公司的肖光輝等[10]提取瓠瓜DNA直接導(dǎo)入西瓜，使得抗枯萎病育種的研究取得了重大進展，已獲得2個高抗、2個中抗枯萎病的材料，配成了3個高抗、2個中抗有發(fā)展前途的組合。陳崇順等[11-12]成功克隆了對西瓜枯萎病菌等病原真菌具高抗作用的特異酶的編碼基因，并與pBI121重組成功構(gòu)建了幾丁質(zhì)酶基因植物表達載體，為培育抗枯萎病轉(zhuǎn)基因西瓜奠定了基礎(chǔ)。

王春霞[13]等以西瓜無菌苗子葉為外植體，經(jīng)根癌農(nóng)桿菌進行葉盤共培養(yǎng)，將含有NptⅡ基因和番茄ACC合成酶基因及其反義基因的質(zhì)粒轉(zhuǎn)入西瓜，獲得正義及反義轉(zhuǎn)基因植株，且正反義植株的ACC氧化酶基因得到不同程度的表達，為培育耐儲運西瓜提供了前提。

2 結(jié)束語

盡管西瓜基因工程育種取得了一些進展，但仍然面臨諸多的問題，如遺傳轉(zhuǎn)化效率較低、重要功能性狀基因缺乏、轉(zhuǎn)基因西瓜的生物安全性缺乏系統(tǒng)的評價等。因此，育種工作者應(yīng)拓寬思路，系統(tǒng)開展轉(zhuǎn)基因西瓜生態(tài)與生物風(fēng)險的評價研究，充分利用基因工程育種優(yōu)勢創(chuàng)新材料，培育多樣化西瓜品種以滿足市場需求。

參考文獻

[1]王堅.國內(nèi)外西甜瓜生產(chǎn)及主要應(yīng)用技術(shù)研究進展（上）[J].長江蔬菜，1995（1）：4-7.

[2]王堅.國內(nèi)外西甜瓜生產(chǎn)及主要應(yīng)用技術(shù)研究進展（下）[J].長江蔬菜，1995（2）：3-6.

[3]Choi PS.，Soh WY.，Kim YS.Genetic transformation and plant regeneration of watermelon using agrobacterium tumefaciens[J].Plant Cell Report，1994，13：344-348.

[4]Ellul P.，Ríos G.，Atarés A.，et al.The expression of the Saccharomyces cerevisiae HAL1 gene increases salt tolerance in transgenic watermelon [Citrullus lanatus （Thunb.） Matsun . Nakai][J].Thero Appl Genet，2003，107：462-469.

[5]王果萍，王景雪，孫毅，等.幾丁質(zhì)酶基因?qū)胛鞴现仓昙捌淇共⌒澡b定研究[J].植物遺傳資源學(xué)報，2003，4（2）：104-109.

[6]王浩波，林茂，楊坤，等.導(dǎo)入南瓜 DNA 選育抗枯萎病西瓜新種質(zhì)的研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2002，11（1）：24-25.

[7]Huang YC.，Chiang CH.，Li CM.，et al. Transgenic watermelon lines expressing the nucleocapsid gene of Watermelon silver mottle virus and the role of thiamine in reducing hyperhydricity in regenerated shoots[J].Plant cell，Tissue and Organ culture，2011，106（1）：21-29.

[8]Park SM.，Lee JS.，Jegal S.，et al.Transgenic watermelon rootstock resistant to CGMMV （cucumber green mottle mosaic virus） infection[J].Plant Cell Report，2005，24（6）：350-356.

[9]吳明珠.當前西瓜甜瓜育種主要動態(tài)及今后育種目標研討[J].中國西瓜甜瓜，2003（3）：1-3.

[10]肖光輝.西瓜分子育種與瓠瓜枯萎病抗性在西瓜抗病育種中的應(yīng)用[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002 （3）：11-13.

[11]陳崇順，朱學(xué)峰，郁志芳.豇豆幾丁質(zhì)酶的誘導(dǎo)與純化[J].園藝學(xué)報，2000，27（5）：351-355.

[12]陳崇順，斯琴巴拉.一種新的抗真菌幾丁質(zhì)酶基因的分離及其植物表達載體的構(gòu)建[J].廣西植物，2002，22（4）：357-363.

[13]王春霞，簡志英，劉愚，等.ACC合成酶基因及其反義基因?qū)ξ鞴系倪z傳轉(zhuǎn)化[J].植物學(xué)報，1997，39（5）：445-450.

（責(zé)編：施婷婷）