基于三角梅的病毒诱导基因沉默体系的建立与优化

三角梅是紫茉莉科灌木,具有较高的观赏价值,是研究花色叶色调控的理想材料。建立快速高效的基因验证体系,是三角梅基因功能研究的关键。以三角梅‘金心双色’品种为材料,选用八氢番茄红素脱氢酶基因（PDS）为指示基因,探索不同接种部位和基因片段长度对烟草脆裂病毒（TRV）诱导三角梅叶片内源PDS mRNA沉默效果的影响,建立适用于三角梅的病毒诱导基因沉默体系（VIGS）。结果表明,摩擦注射嫩叶法相比顶端嫩茎沉默效果更明显;基因沉默片段长度在336 bp和457 bp均可诱导PDS基因沉默,后者效果更加明显。初步构建了三角梅VIGS体系,为后续基因功能研究提供了技术参考。     

病毒诱导番茄的基因沉默

该实验通过RT-PCR获得了番茄八氢番茄红素脱氢酶(Phytoene desaturase,PDS)基因的部分序列,双酶切PDS片段和烟草脆裂病毒载体(pTV00),构建重组载体pTV00-PDS,经农杆菌GV3101介导侵染番茄叶片并观察植株表型变化.结果显示,被侵染的番茄表现出明显的光漂白现象.半定量RT-PCR检测表明,PDS的mRNA被显著降解.该沉默体系的建立为下一步大规模验证番茄基因功能奠定了基础.     

病毒诱导的PVX cp转基因沉默及其DNA甲基化

利用PCR方法获得了马铃薯X病毒(PVX)外壳蛋白(CP)基因(cp),并将其构建到植物表达载体中,利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草(Nicotiana tabacum L.)。Northern杂交及Run on实验表明有3株转基因烟草发生了转录后基因沉默。发生沉默的cp基因的甲基化分析结果表明,发生转录后基因沉默的cp基因发生了不同程度的甲基化,说明DNA甲基化并没有完全抑制cp基因的转录。利用PVX病毒对外壳蛋白正常表达的转基因烟草进行接毒,Northern杂交检测结果表明,病毒诱导cp发生了基因沉默。进一步的Run on结果表明,转基因烟草中cp基因在沉默前后转录速率并没有发生变化,说明病毒诱导的沉默是一种转录后沉默。对cp基因沉默前后的甲基化分析表明,病毒的侵染导致了cp基因甲基化程度的增加。     

烟草脆裂病毒诱导的基因沉默在植物基因功能研究中的应用

烟草脆裂病毒(tobaccorattlevirus,TRV)是一类应用比较广泛而且效率和持久性较好的病毒载体,能够介导基因沉默同时不会带来病毒诱导的症状。改造后的病毒能够促进非病毒序列的插入以及对植物的后续感染,也可以鉴定宿主植物生长点的基因,因此TRV在植物基因功能鉴定中具有广泛的应用。该文介绍TRV沉默载体的构建、诱导基因沉默原理、在植物基因功能研究中的应用以及优缺点。     

中国番茄黄化曲叶病毒利用根吸收法诱导基因沉默(VIGS)的初步研究

以含硫黄素酶Su基因的中国番茄黄化曲叶病毒卫星DNA作为载体,通过冻融法将其转化到农杆菌中,利用根部吸收法进行农杆菌侵染,对农杆菌介导的病毒诱导基因沉默体系进行了优化,探讨对病毒诱导基因沉默效率的影响。结果显示以OD600值为1.5的含质粒pBinPLUS-2mβ-Su,pBinPLUS-1.7A的农杆菌菌液1∶1混合进行根部吸收法侵染22-25 d的番茄幼苗,目的基因Su沉默导致番茄幼苗出现光漂白现象,半定量RT-PCR检测目的基因Su mRNA被显著降解,该体系的建立有利于对植物基因进行高通量功能分析。     

病毒诱导的PVX cp转基因沉默及其DNA甲基化

利用PCR方法获得了马铃薯X病毒(PVX)外壳蛋白(CP)基因(cp),并将其构建到植物表达载体中,利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草(Nicotiana tabacum L.).Northern杂交及Run on实验表明有3株转基因烟草发生了转录后基因沉默.发生沉默的cp基因的甲基化分析结果表明,发生转录后基因沉默的cp基因发生了不同程度的甲基化,说明DNA甲基化并没有完全抑制cp基因的转录.利用PVX病毒对外壳蛋白正常表达的转基因烟草进行接毒,Northern杂交检测结果表明,病毒诱导cp发生了基因沉默.进一步的Run on结果表明,转基因烟草中cp基因在沉默前后转录速率并没有发生变化,说明病毒诱导的沉默是一种转录后沉默.对cp基因沉默前后的甲基化分析表明,病毒的侵染导致了cp基因甲基化程度的增加.     

转录后基因沉默系统研究烟草rbcS基因功能

初步建立了利用病毒载体诱导转录后基因沉默系统研究烟草(Nicotiana benthamiana)1,5-二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶小亚基(Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase／oxylase small subunit,rbcS)基因功能的模式。用携带与1,5-二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶小亚基基因同源的cDNA片段的烟草脆裂病毒载体(pTV．rbcS)侵染烟草(Nicotiana benthamiana),诱导内源rbcS基因沉默并在此基础上建立了研究rbcS基因功能的模式：初步进行了rbcS基因沉默后的表型分析、转录水平分析、蛋白质表达水平分析以及利用HPLC方法定量分析rbcS基因沉默后的光合色素变化。结果表明：病毒诱导基因沉默瞬时表达体系中烟草最佳侵染时期为苗龄21-24d,用于侵染的重组农杆菌的最佳浓度的OD值为1～1．5;烟草Rubisco小亚基的表达量可能调节Rubisco大亚基的表达量;烟草rbcS基因与光合作用中的光能收集无关。对rbcS基因沉默的烟草叶片及对照烟草叶片的部分重要光合作用指标分析表明,运用烟草脆裂病毒载体诱导转录后基因沉默系统研究烟草rbcS基因功能具有可行性,为进一步深入研究rbcS基因功能奠定了基础。     

VIGS技术在甜菜上的应用

病毒诱导基因沉默(VIGS)是一种应用于研究植物基因功能的反向遗传学手段。相对于基因敲除及转基因等方法,它具有时间短、成本低、高通量等优点。随着甜菜全基因组的测序完成,为尽早对大量序列信息进行注释和功能鉴定,急需建立甜菜VIGS体系。本文采用目前应用最广泛的烟草脆裂病毒载体在农杆菌的介导下侵染甜菜幼苗叶片,同时设立对照。提取甜菜幼苗叶片总RNA,并反转录成c DNA,设计特异引物进行RT-PCR检测。结果表明:在侵染植株上检测到了烟草脆裂病毒特异条带,证明该病毒可以对甜菜进行侵染,这一结果为下一步建立甜菜VIGS体系奠定了基础。     

TRV病毒诱导大豆基因沉默体系优化及应用

病毒诱导的基因沉默（virus-induced gene silencing,VIGS）技术已广泛用于植物基因功能研究，以烟草脆裂病毒（tobacco rattle virus, TRV）为载体的沉默体系介导大豆基因沉默效率有待明确，采用无缝克隆技术构建TRV-VIGS沉默体系，探索不同接种方法对大豆靶基因在不同组织间的沉默效率，为大豆基因功能研究提供依据。以八氢番茄红素去饱和酶（phytoene desaturase, GmPDS）及泛素连接酶（GmATL3）基因为靶基因，将含有pTRV1和重组载体菌液采用注射、灌根（agroinoculation）、注射与灌根相结合3种方法分别接种大豆中黄13，接种28 d观察沉默表型现象，并使用RT-qPCR技术检测根部与叶部基因相对表达量，明确不同方法沉默效果。注射接种的大豆叶边缘及叶内出现黄化褪绿，灌根接种与注射加灌根接种的叶片表面出现褪绿斑点及褶皱褪绿表型。RT-qPCR结果表明，3种接种方法对沉默GmPDS效果接近100%；注射接种对GmATL3的沉默效率在叶部为80%-95%，根部为40%-60%；灌根与注射加灌根接种，根部沉默效率为7...     

烟草坏死病毒A诱导的基因沉默及其条件优化

以烟草坏死病毒A中国分离物(Tobacco necrosis virus A Chinese isolate,TNV-AC)侵染性cDNA克隆为基础,通过基因替换、基因插入策略构建获得多种重组TNV-AC,比较了外源基因片段插入位置、插入形式及接种植物培养温度对TNV-AC诱导的基因沉默的影响.外源基因片段替换CP基因19～828 nt的重组TNV-AC丧失了在本生烟中的系统移动能力,也不能有效诱导相应基因发生明显的沉默,说明替换策略不适合于TNV-AC.向CP基因终止密码子UAG附近插入外源基因片段后,TNV-AC仍可进行复制,但最适的插入位点位于UAG之后,且容纳外源片段的长度约为120 nt.当外源片段以反向重复的形式插入UAG之后,诱导基因沉默的效率较高.接种植物的培养温度也会显著影响基因沉默的效率以及插入片段的稳定性,低温(18℃)条件下诱导NbPDS基因沉默的效率明显高于高温(24℃)条件,且沉默表型可持续110天以上.除了本生烟PDS基因,TNV-AC沉默载体还可诱导本生烟sulfur基因Su和镁离子螯合酶H亚基基因ChlH发生沉默,以上结果说明,TNV-AC具有开发为本生烟基因功能鉴定的新VIGS载体的潜力.     

Virus-induced gene silencing in tomato

We have previously demonstrated that a tobacco rattle virus (TRV)-based vector can be used in virus-induced gene silencing (VIGS) to study gene function in Nicotiana benthamiana. Here we show that recombinant TRV infects tomato plants and induces efficient gene silencing. Using this system, we suppressed the PDS, CTR1 and CTR2 genes in tomato. Suppression of CTR1 led to a constitutive ethylene response phenotype and up-regulation of an ethylene response gene, CHITINASE B. This phenotype is similar to Arabidopsis ctr1 mutant plants. We have constructed a modified TRV vector based on the GATEWAY recombination system, allowing restriction- and ligation-free cloning. Our results show that tomato expressed sequence tags (ESTs) can easily be cloned into this modified vector using a single set of primers. Using this vector, we have silenced RbcS and an endogenous gene homologous to the tomato EST cLED3L14. In the future, this modified vector system will facilitate large-scale functional analysis of tomato ESTs.     

Efficient virus-induced gene silencing in Arabidopsis

Virus-induced gene silencing (VIGS) is a plant RNA-silencing technique that uses viral vectors carrying a fragment of a gene of interest to generate double-stranded RNA, which initiates the silencing of the target gene. Several viral vectors have been developed for VIGS and they have been successfully used in reverse genetics studies of a variety of processes occurring in plants. This approach has not been widely adopted for the model dicotyledonous species Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), possibly because, until now, there has been no easy protocol for effective VIGS in this species. Here, we show that a widely used tobacco rattle virus-based VIGS vector can be used for silencing genes in Arabidopsis ecotype Columbia-0. The protocol involves agroinfiltration of VIGS vectors carrying fragments of genes of interest into seedlings at the two- to three-leaf stage and requires minimal modification of existing protocols for VIGS with tobacco rattle virus vectors in other species like Nicotiana benthamiana and tomato (Lycopersicon esculentum). The method described here gives efficient silencing in Arabidopsis ecotype Columbia-0. We show that VIGS can be used to silence genes involved in general metabolism and defense and it is also effective at knocking down expression of highly expressed transgenes. A marker system to monitor the progress and efficiency of VIGS is also described.     

MicroRNA-based RNA Interference Vector for Gene Silencing in Plants

RNA interference (RNAi) is a powerful tool for functional gene analysis, which has been successfully used to down-regulate the levels of specific target genes. In this study a microRNA 159a-based binary vector was constructed which can be used for hpRNA expression. Hairpin (hp) RNA expression cassettes carrying the gene sequences are typically constructed on binary plasmid and delivered into plant cells by Agrobacterium-mediated genetic transformation. This system allows simple insertion of 21- nt target gene sequences into microRNA backbone, to facilitate the processing of microRNA hpRNA by the endogenous machinery of host, thereby producing artificial microRNA carrying the sequence of target gene(s). The functionality of new vector system was tested by silencing viral gene in transgenic plants. Strong down regulation of viral gene was observed in virus infected tobacco plants transformed with pAmiR₁₅₉ vector. The processing of amIRNA leading to viral-specific sIRNA was confirmed by northern blotting. This vector system provides an important addition to the plant molecular biologists’ toolbox, which will significantly facilitate the use of RNAi technology for analyses of various gene functions in plant cells.