RNA介导的病毒抗性在转基因烟草中的遗传分析

以含非翻译马铃薯Y病毒外壳蛋白(PVY—MCP)基因的抗病和感病T0代转基因烟草为材料,对转基因及RNA介导的病毒抗性在T1～T4代转基因植株中的遗传进行了研究。结果表明,在含低拷贝(1～2个)转基因的感病植株后代中,转基因是作为一个单显性遗传位点,遵循孟德尔遗传分离规律,各世代转基因植株仍表现感病。含多拷贝(4～6个)转基因的抗病植株,转基因在T1代的分离虽符合多位点插入的15：1和63：1遗传规律,但转基因发生了重排,RNA介导的病毒抗性表现为不稳定遗传。从含多拷贝转基因的抗病植株的T1代株系中,分离获得了两株含2个拷贝转基因的抗病植株;其后代中,转基因及抗性遗传遵循孟德尔遗传分离规律,可稳定遗传和表达,获得纯合的抗病转基因株系。对转基因在不同抗病类型植株中整合方式分析显示,抗病植株中多存在转基因的反向串联重复序列。     

表达PVY和PLRV双价外壳蛋白基因马铃薯的抗病性研究

表达马铃薯Y病毒(PVY)和马铃薯卷叶病毒(PLRV)双价外壳蛋白基因的马铃薯(Solanum tubero-sum L.)栽培品种“Favorita”和“虎头”,经摩擦接种PVY和用桃蚜接种PLRV后,观察症状并用ELISA测定病毒滴度。结果表明,两个品种转双价CP基因的各株系,接种病毒后表现无症状或症状轻微,其中PVY和PLRV平均滴度均较不转基因对照植株低。不同品种对PVY和PLRV的抗性比较表明,转双价CP基因的“Favorita”对PVY抗性较明显,而转双价CP基因的“虎头”则对PLRV抗性较对PVY抗性明显。不同转基因株系抗病毒水平不同。“Favorita”9个转双价CP基因株系中有6个株系PVY滴度较未转基因对照降低52.5％～90.0％,而“虎头”7个转双价CP基因株系中有4个株系PLRV含量较对照降低53.0％～98.0％。在抗性株系中还出现一些抗1种病毒或抗2种病毒的抗性较强的单株。     

番木瓜环斑病毒复制酶(亚基)基因的克隆、序列分析及其植物表达载体的构建

近二年报道,在TMV^⑴、PVX^⑵、PEBV^⑶和CMV^⑷等病毒中,利用病毒编码的复制酶(亚基)基因或相关cDNA片段转化烟草,工程植株获得绝对或极高的病毒抗性。大量研究认为：马铃薯Y病毒组的核内含体大分子量蛋白(Nib)是依赖于RNA的RNA复制酶(或核心亚基),Nlb与上述病毒的复制酶有广泛的同源保守区^⑸。因此,Nib基因的克隆,不但在植物抗病基因工程方面,而且在马铃薯Y病毒组基因组的复制研究方面．均有重要的意义。本文以马铃薯Y病毒组的重要成员番木瓜环斑病毒的华南强株系(PRSV—sM)为材料,克隆了PRSV的Nib基因,并完成其全序列测定和植物表达载体的构建,为探索马铃薯Y病毒组复制酶可能介导的抗病性打下了基础。     

马铃薯Y病毒衣壳蛋白基因片段长度对RNA介导抗病性的影响

在已证明转化马铃薯Y病毒(PVY)全长衣壳蛋白基因可获得高度抗病的转基因烟草、且这种抗病性为RNA介导抗病性的基础上, 克隆了马铃薯Y病毒坏死株系衣壳蛋白基因(PVY^N-CP) 3′端202 (1/4 CP), 417 (1/2 CP)和603 bp (3/4 CP)的部分基因片段(CP202, CP417和CP603), 并分别构建植物表达载体pROKⅡ-CP202, pROKⅡ-CP417和pROKⅡ-CP603. 利用农杆菌介导方法转化烟草NC89. 抗病性鉴定表明, 转化1/2 CP和3/4 CP基因片段的转基因烟草均可获得抗病程度达到免疫的植株, 而转化1/4 CP的基因片段没有获得抗病植株. 分子分析结果表明这种抗病性为RNA介导的抗病性, 是转录后基因沉默的结果. 研究表明, 能够诱发RNA介导抗病性所需的PVY-CP基因的最短有效片段长度可能介于202和417 bp之间. 这一研究结果对改进利用转录后基因沉默策略来防治植物病毒病害以及研究转录后基因沉默机制具有意义.     

马铃薯卷叶病毒基因间隔区转化的马铃薯抗病性研究

将本室合成、克隆的马铃薯卷叶病毒(Potato Leafroll Virus, PLRV)中国分离株的基因间隔区(intergenic sequence, IS)双链cDNA以正、反向两种方式分别构建于转化载体pROK2中,通过致瘤农杆菌介导,以马铃薯叶圆片为转化材料,转化马铃薯栽培品种Desiree,获得了转基因植株.卡那霉素抗性分析和PCR检测目的基因,证明PLRV IS双链cDNA已经整合到转基因马铃薯的染色体基因组中.将转基因植株移栽网棚用蚜虫接种PLRV,观察症状并用酶联免疫吸附测定(ELISA)检测转基因植株中PLRV含量.结果表明,表达PLRV IS正意和反意RNA的转基因植株,接种病毒后表现无症状或症状轻微,PLRV平均滴度均较未转基因对照植株低.表达正意RNA的转基因植株PLRV滴度降低43%～72%,表达反意RNA的转基因植株PLRV滴度降低72%～86%,由此可见,表达PLRV IS反意RNA的转基因马铃薯对PLRV抗性较强.     

CMV抑制PVYN CP基因沉默及其介导的抗病性

以前曾报道用RNA介导的抗病毒策略,获得了高度抗病的表达马铃薯Y病毒坏死株系外壳蛋白基因(PVY^N CP)的转基因烟草,并对T1、T2代转基因植株进行了遗传和抗病性分析。此次以T,代转基因植株为试验材料,在筛选高度抗病植株并证明其抗病性是基于转基因沉默的基础上,采用Northern杂交的方法,证明CMV侵染抑制了转基因植株中PVY^N CP基因的沉默,而且CMV对PVY^N CP基因沉默的抑制部位是发生在接种后的新生叶上,接种叶及其下部叶片中PVY^N CP基因沉默则未受到影响。采用ELISA方法对CMV PVY^N复合接种的转基因植株进行PVY^N检测,结果表明,接种叶及下部叶没有检测到PVY^N,植株叶片对PVY^N表现为抗病。而在CMV接种后植株新生叶中则检测出了高滴度的PVY^N,植株叶片对PVY^N表现为感病。该文报道了在表达PVY^N CP基因的RNA介导抗性转基因植株中,异源病毒侵染抑制了转基因的沉默,并导致转基因植株的抗病性丧失。     

一种基于过敏性反应机制的抗植物病毒侵染策略

基于植物的过敏性反应机制,构建了PVY Nib基因和来自于细菌Bacillus amy—loliquefaciens的一类Rnase基因Barnase基因的融合基因的植物表达载体。在此表达载体内两基因的拼接处,保留了原来PVY蛋白酶识别PVYNIb和CP蛋白剪切位点的七肽保守序列。通过农杆菌介导获得此融台基因的转基因烟草植株。病毒侵染试验表明,转基因植物在病毒侵染后,发病症状被改变。少部分转融合基因的植株对病毒侵染表现局部抗性。     

转不可翻译PVY^N CP基因烟草的抗病性分析

我们曾报道表达不可翻译PVY^N CP基因的转基因烟草抗病性是由RNA介导的,其抗病性类似于转录后的基因沉默(PTGS)。本研究以这类不同抗性的T0代转基因烟草植株为材料,对自交后的T1代转基因植株的遗传和抗病性进行了分析,并选取部分T1代抗病株系自交留种。对T2代RNA介导抗病性转基因植株进行了分子分析和一系列抗病性研究。结果表明,含1—2个转基因拷贝的T0代感病植株,在T1代中的Km抗性分离符合单位点插入的3：1的遗传规律;含3个或3个以上转基因拷贝的T0代中抗或高抗植株,在T1代中的Km抗性分离符合多位点插入的15：1或63：1的遗传规律。大多数T1、T2代转基因植株的抗病性与转基因拷贝数成正相关,转基因在T1、T2代植株中能够转录表达,且转基因植株之间转基因mRNA在细胞质中的积累水平与转基因植株的抗病性成负相关。转基因植株的抗病性能够在T1、T2代中遗传,且T2代转基因植株的抗病性具有以下特征：1)既抗病毒粒体又抗病毒RNA的侵染,且这种抗病性不受接种物剂量的影响;2)抗病谱较窄,只对PVY的某些株系具有高度抗病性;3)与传毒方式无关,既抗摩擦接种又抗带毒蚜虫接种;4)与植株的发育阶段没有关系。     

马铃薯Y病毒蚜传辅助成分介导PVX/PVY协生作用

构建了马铃薯Y病毒中国株系（PVY－C）蚜传辅助成分（HC－Pro）基因的正义、反义和缺失三种植物表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草品种NC89。Southern blot分析表明,HC－Pro基因及其突变体已经整合到烟草染色体中,Western blot分析证明,正义HC－Pro基因及其缺失突变体在转基因烟草中有表达产物,攻毒试验结果表明,转正义,HC－Pro基因及其缺失突变体不仅能够提高T1转基因烟草中PVY－C的病毒积累和致病,而且对异源病毒PVX具有同样的作用,而转反义HC－Pro基因烟草对PVY－C和PVX的致病性无影响,因此,PVY－C HC－Pro基因介导PVX／PVY的协作作用。     

转不可翻译PVYN CP基因烟草的抗病性分析

我们曾报道表达不可翻译PVY~N CP基因的转基因烟草抗病性是由RNA介导的,其抗病性类似于转录后的基因沉默(PTGS)。本研究以这类不同抗性的Tn代转基因烟草植株为材料,对自交后的T1代转基因植株的遗传和抗病性进行了分析,并选取部分T_1代抗病株系自交留种。对T_2代RNA介导抗病性转基因植株进行了分子分析和一系列抗病性研究。结果表明,含1-2个转基因拷贝的T_0代感病植株,在T_1代中的Km抗性分离符合单位点插入的3∶1的遗传规律;含3个或3个以上转基因拷贝的T_0代中抗或高抗植株,在T_1代中的Km抗性分离符合多位点插入的15∶1或63∶1的遗传规律。大多数T_1、T_2代转基因植株的抗病性与转基因拷贝数成正相关,转基因在T_1、T_2代植株中能够转录表达,且转基因植株之间转基因mRNA在细胞质中的积累水平与转基因植株的抗病性成负相关。转基因植株的抗病性能够在T_1、T_2代中遗传,且T_2代转基因植株的抗病性具有以下特征:1)既抗病毒粒体又抗病毒RNA的侵染,且这种抗病性不受接种物剂量的影响;2)抗病谱较窄,只对PVY的某些株系具有高度抗病性;3)与传毒方式无关,既抗摩擦接种又抗带毒蚜虫接种;4)与植株的发育阶段没有关系。     

Durable field resistance to wheat yellow mosaic virus in transgenic wheat containing the antisense virus polymerase gene

Wheat yellow mosaic virus (WYMV) has spread rapidly and causes serious yield losses in the major wheat‐growing areas in China. Because it is vectored by the fungus‐like organism Polymyxa graminis that survives for long periods in soil, it is difficult to eliminate by conventional crop management or fungicides. There is also only limited resistance in commercial cultivars. In this research, fourteen independent transgenic events were obtained by co‐transformation with the antisense NIb8 gene (the NIb replicase of WYMV) and a selectable gene bar. Four original transgenic lines (N12, N13, N14 and N15) and an offspring line (N12‐1) showed high and durable resistance to WYMV in the field. Four resistant lines were shown to have segregated and only contain NIb8 (without bar) by PCR and herbicide resistance testing in the later generations. Line N12‐1 showed broad‐spectrum resistance to WYMV isolates from different sites in China. After growing in the infested soil, WYMV could not be detected by tissue printing and Western blot assays of transgenic wheat. The grain yield of transgenic wheat was about 10% greater than the wild‐type susceptible control. Northern blot and small RNA deep sequencing analyses showed that there was no accumulation of small interfering RNAs targeting the NIb8 gene in transgenic wheat plants, suggesting that transgene RNA silencing, a common mechanism of virus‐derived disease resistance, is not involved in the process of WYMV resistance. This durable and broad‐spectrum resistance to WYMV in transgenic wheat will be useful for alleviating the damage caused by WYMV.     

马铃薯Y病毒HC-Pro中心区域在病毒协生作用中的主导地位

利用PCR方法获得了马铃薯病毒中国株系（PVY－C）HC－Pro基因的5个缺失突变体,构建了相应的植物表达载体。通过土壤农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法转化了烟草品种K326(Nicotina tabacum cv.k326)。PCR和Southern blot分析证明了HC－Pro基因及其缺失突变体已整合到烟草基因组中,Western blot表明它们在转基因烟草中得到了表达。侵染性试验发现HC－Pro中心区域介导转基因烟草中PVC－C和黄瓜花叶病毒（CMV）、PVY－C和马铃薯X病毒（PVX）之间的协生作用,从而明确了PVY－C HC－Pro中心区域为病毒协生作用的功能区域。     

Effect of cDNA fragments in different length derived from Potato Virus Y coat protein gene on the induction of RNA-mediated virus resistance

Potato virus Y (PVY) is a main viral pathogen infecting economic crops such as potato and tobacco plants. Genetic engineering has been so far the most effective method to produce viral resistant plants. Be-cause of the shortage of viral resistant genes in plants, cDNAs derived from viral genes were often used for induction of resistance in transgenic plants (the so- called pathogen-derived resistance)[1]. Among the genes used in the pathogen-derived resistance strategy, the coat protein gen…     

Potato Y Potyvirus Helper Component Proteinase Enhances Long-distance Movement of Potato X Potexvirus

To mutagenize two conserved CCCT and PTK motifs in the central domain of Chinese strain of potato Y potyvirus (PVY-C) helper component proteinase (HC-Pro), four mutants of HC-Pro gene were obtained by PCR and site-directed mutagenesis, and then were inserted into the constitutive expression vector pBin438. Leaves from tobacco ( Nicotiana tabacum L. cv. K326) were transformed with these four plant expression plasmids by Agrobacterium -mediated transformation, respectively. Southern and Western blotting analyses showed that these four mutants were integrated into tobacco genomic DNA and could express the corresponding proteins in most of the transgenic plants. The challenge of transgenic plants with potato X potexvirus (PVX) revealed that the expression products of PVY-C HC-Pro mutants in transgenic plants greatly abolished functions of HC-Pro in enhancing the accumulation and pathogenicity of PVX, indicating that CCCT and PTK motifs of HC-Pro were required for PVX/PVY synergism. Meanwhile, the results demonstrated that PVY-C HC-Pro had a function in accelerating the long-distance movement of PVX in these transgenic plants for the first time.     

马铃薯Y病毒蚜传辅助因子促进马铃薯X病毒长距离运输

采用PCR和定点突变法,对马铃薯Y病毒中国株系（Chyinese strain of potato Ypotyvirus,PVY-C)蚜传辅助成分（helper component proteinase,HC-Pro)基因中心区域的CCCT基序和PTK基序进行定点改造,获得了4种突变体。然后将突变体砍降到植物表达载体pBin438中,所得到的重组体通过根癌土壤杆菌（Agrobacterium tumefaciens(Smith et Townsend)Conn）介导法转了烟草（Nicotiana tabacum L.cv.K326).Southern blotting和Western blotting分析表明4种突变体已经成功整合到烟草的基因组中,并在蛋白水平上得到了表达。马铃薯X病毒（potato X potexvirus,PVX)对转基因烟草的攻毒实验表明,4种突变体均使PVY－C HYC－Prog严重丧失了促进PVX病毒粒子在寄主体内积累和提高PVX致病性的功能,说明CCCT、PTK基序为PVY－C HYC－Pro介导PVX／PVY协生作用所必需。同时证明了HC-Pro具有增强PVX在寄主体内长距离运输的功能。     

Expression of Potato Virus Y Coat Protein Gene in Transgenic Potato

Potato virus Y (PVY) N coat protein (CP) coding sequence was cloned into a plant expression vector pMON316 under the CaMV 35S promoter. Leaf discs of potato (Solanum tuberosum) were used to Agrobacterium-mediated gene transfer. A large number of regenerated putative transgenic plants were obtained based on kanamycin resistance. Using total DNA purified from transgenic plants as templates and two oligonucleotides synthesized from 5' and 3' of the PVY coat protein gene as primers, the authors carried out polymerase chain reaction (PCR) to check the presence of this gene and obtained a 0. 8 kb specific DNA fragment after 35 cycles of amplification. Southern blot indicated that the PCR product was indeed PVY CP gene which had been integrated into the potato genome. Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) of our transgenic plants showed that CP gene was expressed in at least some transgenic potato plants.