RNA沉默与植物病毒

植物中RNA沉默（RNAsilencing)亦称为转录后基因沉默（PTGS）或共抑制,是植物抵抗外来核酸（转座子、转基因或病毒）入侵,并保护自身基因组完整性的一种防御机制。RNA沉默是近十年来发现的植物界中普遍存在的现象,已成为植物分子生物学领域的一个新的研究方向。对RNA沉默特点和机制的研究表明,植物病毒与（转基因）植物内发生的RNA沉默有着密切的联系,作者从病毒对RNA沉默的诱导、抑制、防御等方面,简述了RNA沉默与病毒的关系。并对病毒载体所诱导的RNA沉默在植物发育和基因组功能分析等方面的应用价值进行了讨论。     

病毒诱导的基因沉默及其在植物基因功能研究中的应用

RNA介导的基因沉默是近年来在生物体中发现的一种基于核酸水平高度保守的特异性降解机制.病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing, VIGS）是指携带植物功能基因cDNA的病毒在侵染植物体后,可诱导植物发生基因沉默而出现表型突变,进而可以研究该目的基因功能.至今,已经建立了以RNA病毒、DNA病毒、卫星病毒和DNA卫星分子为载体的VIGS体系,这些病毒载体能在多种寄主植物（包括拟南芥、番茄和大麦）上有效抑制功能基因的表达.VIGS已开始应用于N基因和Pto基因介导的抗性信号途径中关键基因的功能研究、抗病毒相关的寄主因子研究以及植物代谢和发育调控研究.在当前植物基因组或EST序列大量测定的情况下,VIGS为植物基因功能鉴定提供了有效的技术平台.     

植物基因功能鉴定新工具--病毒诱导基因沉默技术的研究进展

病毒诱导基因沉默（Virus—induced gene silencing,VIGS）技术是指带一段靶基因序列的VIGS重组病毒侵染植物、引起植物同源基因沉默与表型变异,进而通过表型变异进行基因功能分析的方法,是近年发展起来的从反向遗传学方向快速鉴定植物基因功能的技术,是转录后基因沉默机制的一种表现。①VIGS的分子机制,涉厦基因沉默的起始、维持和信号放大、传播共3个阶段;②VIGS技术、栽体与方法学的发展;③VIGS作为基因功能研究的优越性,如不必进行转基因、操作方法简便、获得结果快速等;④应用VIGS对植物抗病途径、代谢与发育调控中参与基因功能进行研究的概况。同时。展望了VIGS技术作为植物功能基因组学功能分析的高通量技术平台的美好前景。     

植物生理与分子生物学

主要从病毒诱导的基因沉默体系中植物与病毒的相互作用、VIGS涉及的信号分子和移动方式以及靶基因的沉默和病毒载体的复制关系介绍和分析植物病毒诱导的基因沉默效应的分子机制,并进一步分析此种体系在植物基因功能研究中应用的研究进展。     

植物病毒诱导的基因沉默效应的分子机制

主要从病毒诱导的基因沉默体系中植物与病毒的相互作用、VIGS涉及的信号分子和移动方式以及靶基因的沉默和病毒载体的复制关系介绍和分析植物病毒诱导的基因沉默效应的分子机制,并进一步分析此种体系在植物基因功能研究中应用的研究进展。     

病毒诱导的基因沉默技术及其在植物中的研究进展

病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)是近年来发现的一种转录后基因沉默现象,是植物抵抗病毒侵染的一种自然机制。现已被开发为快速鉴定植物基因功能的一种反向遗传学新技术。与传统的植物转基因技术相比,VIGS无需构建转基因植株,而且具有操作简便、获得表型快速等优点,目前已广泛应用于与植物抗病、逆境胁迫、细胞信号转导以及生长发育等相关基因功能的研究。该文就VIGS技术的作用机理、主要操作规程、在植物基因功能研究方面的应用以及存在的问题进行综述。     

用卫星DNA沉默载体研究植物矿质营养相关的基因：以沉默番茄的高铁还原酶基因FR01为例

病毒诱导的基因沉默（VIGS）是近年来发展的一种研究植物基因功能的新技术．至今尚不明确这种新技术是否能够有效地沉默植物根系中与矿质营养相关的基因．本研究中,以根系高铁还原酶基因FR01为例,探讨了一种改进的卫星DNA沉默载体（DNAmβ）在研究与根系矿质营养相关的基因功能中的适用性．将番茄的铁还原酶基因FRO1的cDNA片段插入到DNAmβ载体中,构建了FRO1基因的沉默载体,并利用农杆菌介导法和辅助病毒中国番茄黄化曲叶病毒一起接种番茄．结果表明,缺铁番茄根系的FROImRNA水平显著降低,同时,铁还原酶活性也明显降低,上述结果证明了VIGS技术可以用来研究植物根系中与矿质营养相关的基因功能。     

病毒诱导烟草的基因沉默

病毒诱导基因沉默是利用RNA介导病毒防卫机制的一项技术。构建含有目的基因片段的人工改造病毒载体,通过农杆菌侵染导致植物内源目的基因沉默。为建立病毒诱导基因沉默体系,选用烟草脆裂病毒（TRV）和烟草为实验材料。构建了八氢番茄红素去饱和酶基因（PDS）的基因沉默病毒载体,病毒载体侵染结果显示目的基因PDS沉默导致烟草幼苗出现光漂白现象。采用RT-PCR的方法检测目的基因PDS的沉默效果,结果显示PDS基因mRNA被显著降解。该体系的建市有利于将来对植物基因进行高通量功能分析。     

黄瓜花叶病毒基因沉默载体的病毒含量和症状分析

病毒诱导的基因沉默(Virus-induced Gene Silencing, VIGS)已被广泛应用于植物基因功能研究,具有操作容易、较短时间内即可观察到沉默效果、成本较低的特性.黄瓜花叶病毒(Cucumber Mosaic Virus, CMV) VIGS载体已经应用于沉默辣椒、烟草、大豆等植物基因,对于研究植物基因功能有重要作用.研究以CMV的Fny株系(CMV-Fny)RNA2中2b基因缺失载体CMV-F209△2b和表达2b基因N端61个氨基酸的载体CMV-F2092b61aa为对象,插入不同长度的外源基因gfp片段后,分析CMV VIGS载体在本氏烟植株上的病毒表达含量及诱导产生的病毒症状.结果表明,插入外源基因片段后,病毒外壳蛋白(Coat Protein, CP)基因RNA表达水平均明显降低.携带不同长度gfp序列的重组病毒CMVF2092b61aa-gfp₁₀₀、 CMVF2092b61aa-gfp₂₀₀和CMVF2092b61aa-gfp₃₅₀其CP RNA含量比装载最适长度gfp序列的CMVF209...     

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。     

RNA silencing movement in plants

Multicellular organisms, like higher plants, need to coordinate their growth and development and to cope with environmental cues. To achieve this, various signal molecules are transported between neighboring cells and distant organs to control the fate of the recipient cells and organs. RNA silencing produces cell non-autonomous signal molecules that can move over short or long distances leading to the sequence specific silencing of a target gene in a well defined area of cells or throughout the entire plant,respectively. The nature of these signal molecules, the route of silencing spread, and the genes involved in their production, movement and reception are discussed in this review. Additionally, a short section on features of silencing spread in animal models is presented at the end of this review.     

转基因植物转录后基因沉默的特点、机理及应用

自在转基因植物中发现转基因沉默现象以来 ,很多学者对该现象进行了广泛的研究 ,认为其作用机制有三种 :位置依赖性基因沉默、转录水平基因沉默、转录后水平基因沉默。目前主要集中于转录后水平基因沉默的研究 ,通过研究发现它具有广泛性、可传导性及特异性的特点 ,并对其机制提出了一些假说。最近 ,人们还发现转录后水平基因沉默与植物抗病毒能力有联系。本文对转基因植物转录后基因沉默的特点、机理及应用方面的进展作了综述     

RNA silencing movement in plants

Higher eukaryotes have developed a mechanism of sequence-specific RNA degradation which is known as RNA silencing. In plants and some animals, similar to the nematode Caenorhabditis elegans, RNA silencing is a non-cell-autonomous event. Hence, silencing initiation in one or a few cells leads progressively to the sequence-specific suppression of homologous sequences in neighbouring cells in an RNA-mediated fashion. Spreading of silencing in plants occurs through plasmodesmata and results from a cell-to-cell movement of a short-range silencing signal, most probably 21-nt siRNAs (short interfering RNAs) that are produced by one of the plant Dicer enzymes. In addition, silencing spreads systemically through the phloem system of the plants, which also translocates metabolites from source to sink tissues. Unlike the short-range silencing signal, there is little known about the mediators of systemic silencing. Recent studies have revealed various and sometimes surprising genetic elements of the short-range silencing spread pathway, elucidating several aspects of the processes involved. In this review we attempt to clarify commonalities and differences between the individual silencing pathways of RNA silencing spread in plants.     

Suppressors of RNA silencing encoded by plant viruses and their role in viral infections

RNA silencing as a robust host defense mechanism against plant viruses is generally countered by virus-encoded silencing suppressors. This strategy is now increasingly recognized to be used by animal viruses as well. We present here an overview of the common features shared by some of the better studied plant viral silencing suppressors. We then briefly describe the characteristics of the few reported animal viral suppressors, notably their extraordinary ability of cross-kingdom suppression. We next discuss the basis for biased protection of viral RNA and subviral parasites by silencing suppressors, the link between movement and silencing suppression, the influence of temperature on the outcome of viral infection and the effect of viral silencing suppressors on the microRNA pathway.     

Spontaneous short-range silencing of a GFP transgene in Nicotiana benthamiana is possibly mediated by small quantities of siRNA that do not trigger systemic silencing

A green fluorescent protein (GFP) transgene under the control of the 35S cauliflower mosaic virus (CaMV) promoter was introduced by Agrobacterium-mediated transformation into Nicotiana benthamiana to generate fourteen transgenic lines. Homozygous lines that contained one or two copies of the transgene showed great variation of GFP expression under ultraviolet (UV) light, which allowed classification into three types of transgenic plants. Plants from more than half of the transgenic lines underwent systemic RNA silencing and produced short interfering RNA (siRNA) as young seedlings, while plants of the remaining lines developed, in a spontaneous manner, defined GFP-silenced zones on their leaves, mostly in the form of circular spots that expanded to about 4-7 mm in size. In some of the latter lines, the GFP-silenced spots remained stable, but no systemic silencing occurred. Here we characterize this phenomenon, which we term spontaneous short-range silencing (SSRS). Biochemical analysis of silenced spot tissue did not reveal detectable levels of siRNA. However, agro-infiltration with the suppressor proteins P19 of cymbidium ring spot virus (CymRSV), HC-Pro of tobacco etch virus (TEV), and crosses to a P19 transgenic line, nevertheless suggests that low concentrations of siRNA may have a functional role in the locally silenced zone. We propose that small alterations in the steady-state concentration of siRNAs and their cognate mRNA are decisive with regard to whether silencing remains local or spreads in a systemic manner.