表达黄瓜花叶病毒卫星RNA的转基因烟草耐烟草花叶病毒

表达黄瓜花叶病毒(CMV)的卫星RNA的转基因烟草可以抗CMV的侵染.为了决定这些植物对其它病毒,如烟草花叶病毒(CMV)的安全性,我们对这些植物接种CMV.结果发现 卫星RNA可减弱TMV引起的症状,井降低病情指数,然而却对TMV在植物中的积累没有明显影响.这一发现有助于对卫星RNA抗病机制的理解,有助于含卫星RNA的生防制剂及表达病毒卫星RNA的转基因植物的应用.本文在国际上首次报道卫星RNA可减弱非相关病毒引起的症状.1 材料和方法1.1 病毒及植物烟草花叶病毒(TMV),烟草G140种子及枯班三生烟种子均为中国科学院微生物研究所病毒室保存;含黄瓜花叶病毒卫星RNA-R1基因的烟草G140(烟Sat-G140)为中国科学院微生物研究所病毒室培育,所用材料为第三代种子.     

表达黄瓜花叶病毒卫星RNA的转基因烟草耐烟草花叶病毒

表达黄瓜花叶病毒(CMV)的卫星RNA的转基因烟草可以抗CMV的侵染.为了决定这些植物对其它病毒,如烟草花叶病毒(CMV)的安全性,我们对这些植物接种CMV.结果发现 卫星RNA可减弱TMV引起的症状,井降低病情指数,然而却对TMV在植物中的积累没有明显影响.这一发现有助于对卫星RNA抗病机制的理解,有助于含卫星RNA的生防制剂及表达病毒卫星RNA的转基因植物的应用.本文在国际上首次报道卫星RNA可减弱非相关病毒引起的症状.1 材料和方法1.1 病毒及植物烟草花叶病毒(TMV),烟草G140种子及枯班三生烟种子均为中国科学院微生物研究所病毒室保存;含黄瓜花叶病毒卫星RNA-R1基因的烟草G140(烟Sat-G140)为中国科学院微生物研究所病毒室培育,所用材料为第三代种子.     

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。     

黄瓜花叶病毒2b蛋白对寄主光合速率和叶绿体结构的影响

黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)2b蛋白作为重要致病因子的角色在茄科模式植物上已为广泛描述,但其致病机理尚未廓清.从寄主叶绿体结构和光合特征的角度探索了病毒侵染过程中2b蛋白对心叶烟(Nicotiana glutinosa)的影响.首先利用PCR方法导入突变位点,构建了2b蛋白不表达的人工突变体Fny-CMV!2bpro,然后通过平行接种野生型Fny-CMV和Fny-CMV"2bpro,分析二者侵染后心叶烟的症状表现、叶绿素含量、光合速率以及叶绿体超微结构变化.结果显示:接种30天,Fny-CMV侵染的心叶烟表现重花叶、畸形和矮化症状,植株的光合速率和叶绿素含量显著降低,叶绿体形态和结构发生明显病变.但是,Fny-CMV#2bpro侵染的心叶烟植株仅表现轻微花叶或不表现明显症状,与健康对照相比,其光合速率和叶绿素含量没有显著差异,叶绿体形态和结构亦未出现明显病变.由此可见,野生型病毒侵染导致的相对低的光合速率和叶绿素含量,与2b蛋白引起的叶绿体形态和结构的破坏有一定的相关性.RNA杂交分析结果显示:2b蛋白的致病性与CMV子代RNA在寄主体内的积累量有关,不表达2b蛋白使得CMV基因组RNA1和RNA2含量显著下降,其亚基因组RNA4(编码CP蛋白)含量降低尤为显著.     

黄瓜花叶病毒和烟草花叶病毒在双抗转基因线辣椒内的增殖

本试验以转化CMV CP和TMV CP基因的转基因线辣椒纯合系植株作为研究试材 ,比较了单独或混合接种CMV和TMV后 ,转化线辣椒的抗病性表达特点 ,并测定了两种病毒在植株体内的病毒含量。结果表明 :转化线辣椒不仅能抵抗CMV和TMV的单独侵染 ,而且还能抵抗CMV和TMV的复合侵染。转化线辣椒表现为系统症状延迟出现 7 15d ,显症株率和病害严重度级别大幅度降低 ,CMV和TMV在接种叶、新生叶中的病毒含量明显减低。转基因线辣椒原生质体作为研究试材接种CMV ,测定病毒含量结果表明 :CMV病毒的增殖在转基因线辣椒原生质体内受到明显抑制。在CMV接种浓度为 4 0 μg/mL ,感染原生质体 4 8h后 ,CP(- )植株原生质体内CMV是CP( )的 4 .2倍。这一结果揭示了转基因线辣椒具有抑制病毒增殖的抗病性。     

黄瓜花叶病毒和烟草花叶病毒在双抗转基因线辣椒内的增殖

本试验以转化CMV-CP和TMV-CP基因的转基因线辣椒纯合系植株作为研究试材,比较了单独 或混合接种CMV和TMV后,转化线辣椒的抗病性表达特点,并测定了两种病毒在植株体内的病 毒含量.结果表明转化线辣椒不仅能抵抗CMV和TMV的单独侵染,而且还能抵抗CMV和TMV的 复合侵染.转化线辣椒表现为系统症状延迟出现7-15d,显症株率和病害严重度级别大幅度降低, CMV和TMV在接种叶、新生叶中的病毒含量明显减低.转基因线辣椒原生质体作为研究试材接 种CMV,测定病毒含量结果表明CMV病毒的增殖在转基因线辣椒原生质体内受到明显抑制. 在CMV接种浓度为40μg/mL,感染原生质体48h后,CP(-)植株原生质体内CMV是CP(+)的4.2倍 .这一结果揭示了转基因线辣椒具有抑制病毒增殖的抗病性.     

不同CMV分离物侵染寄主的超微结构变化

应用电镜观察了黄瓜花叶病毒CMV不同分离物侵染寄主的细胞 超微结构变化。来自一串红(Salvia splendens)的不含卫星RNA分离物M-22侵染心叶烟,病毒粒子散布于细胞质,在液泡中形成大片病毒粒子结晶,液泡膜边缘产生小泡结构,完整的病毒粒子穿过胞间连丝在细胞间运转,胞间连丝中央部分有扩张现象。自然感染三生烟的含坏死卫星RNA分离物8-S1侵染普通烟,病毒粒子分散于细胞质,在液泡中未观察到结晶体,叶绿体产生囊泡结构,部分病毒粒子处在叶绿体空泡中。田间寄主上受8-S1侵染的三生烟细胞质中分布着大量球形病毒粒子,叶绿体也产生含有病毒粒子的囊泡结构。表明含有卫星RNA和不含卫星RNA的CMV分离物引起的细胞病变特征存在差别,可能是CMV卫星RNA参与病理变化的依据之一。     

黄瓜花叶病毒互补型载体可与CP转基因发生重组

为了探讨利用黄瓜花叶病毒(CMV)作为表达载体的可行性,克隆了山东株(SD)CMV RNA3的全长cDNA,并测定了全序列.采用定点突变的方法在衣壳蛋白(CP)基因起始密码子处改造出一个NsiⅠ位点.以绿色荧光蛋白(GFP)基因置换SD-CMV RNA3 cDNA的CP基因.将Fny株CMV RNA1,RNA2和嵌合SD-CMV RNA3的cDNA分别克隆在35 S启动子和终止子之间构建成表达载体.在烟草原生质体中验证了该表达载体可以表达GFP.然后将其接种到表达SD CP的转基因烟草上,试图构建成一个互补型载体.接种10d后,18棵植株中,有5棵的接种叶和其中1棵的系统叶上可检测到表达的GFP.然而1个月后,所有接种植株中都检测不到GFP.通过RT-PCR及序列分析,证实在互补系统中CMV载体与CP转基因发生了重组.上述结果对这种CMV互补型载体的可行性提出了质疑,同时也揭示了转CMV CP基因抗病毒植物的生物安全性中存在的新的问题.     

黄瓜花叶病毒衣壳蛋白存在于被其侵染的烟草叶绿体中

用原生质体法制备出高纯度的完整叶绿体经SDS-PAGE电泳,银染后,发现黄瓜花叶病毒(CMV)侵染的烟草病叶叶绿体蛋白质图谱和健叶叶绿体相比,多出一条染色较弱的迁移率与CMV衣壳蛋白质相同的带,经Western转移,用CMV游离衣壳蛋白亚基抗血清进行斑点酶联(Immunoblot)检测,证明这条带就是CMV衣壳蛋白质。健康叶绿体中加入去掉叶绿体的病叶汁液而制备出的叶绿体中无CMV衣壳蛋白质,说明这不是在叶绿体提纯过程中得到的假象,即衣壳蛋白质存在于被CMV侵染的完整叶片叶绿体中。这个结果否认了以往报道的CMV衣壳蛋白质不存在于烟草叶绿体中的结论。另外还发现,叶绿体中的衣壳蛋白质浓度与叶片症状严重程度呈正相关。     

表达黄瓜花叶病毒外壳蛋白的转基因番茄抗黄瓜花叶病毒侵染

通过土壤农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导将黄瓜花叶病毒外壳蛋白(CMV CP)的cDNA成功地引入番茄(Lycopersicon esculentum)植株中,并得到转基因植株。用强致病力CMV株系接种后,表达CMV外壳蛋白的转基因植株表现出对CMV侵染的抗性。转基因植株RI代的抗性基因以接近3:1比例分离。对R_1代接种CMV后,表达CMV CP的植株病症减轻,发病率、病情指数及病毒积累量明显低于对照。病症出现推迟1个多月。     

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...     

黄瓜花叶病毒致弱卫星RNA对辅助病毒含量的影响

为研究黄瓜花叶病毒(CMV)弱病毒株的基因组RNA和卫星RNA的含量变化,将一个卫星RNA介导的CMV弱病毒株NDM-1与CMV强毒株在4种寄主系统上进行对照实验.采用RNA点杂交方法,检测从早期接种病毒到大田释放阶段（病毒接种后5到40天）,寄主植物叶组织中的基因组RNA和卫星RNA的相对含量变化.结果显示：弱病毒株NDM-1基因组RNA和卫星RNA负荷量具有寄主效应和时间效应,趋势一致但程度不同.它们在番茄上的变化规律不同于其他寄主而且病毒的致弱效果最明显：在接种后的5～10天 (生产上接种育苗的保护期) ,基因组RNA和卫星RNA相对含量上升,到40天(大田释放期) 时回落至最低.比较NDM-1于不同时间在各寄主上的卫星RNA和基因组RNA的相对比值：在40天时,寄主番茄上的相对比值达15.8,与在其他寄主上和其他时间段比较均有显著差异,即此时卫星RNA达到含量优势.说明弱病毒NDM-1在番茄上的致弱机制为:卫星RNA的大量复制对CMV基因组RNA产生抑制作用.此弱病毒株在烟草和心叶烟中的变化规律基本一致.     

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.     

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.     

延边地区烟草病毒种类及病毒病的防治

对田间烟草进行病毒病种类的调查和鉴定结果表明,延边地区感染烟草的病毒主要是烟草花叶病毒(TMV)和黄瓜花叶病毒(cMV),而以两种病毒的混合侵染为主,达80-1 00％。弱毒疫苗N14．和CMV卫星RNA生防制剂S5,混合使用,或CMV卫星RNA生防制剂S512单独使用防治烟草病毒病,与不使用的对照比较,防治效果明显,达70.2—77.1％,上等烟比率达22.3—30.9％,而对照只有9．2-1 9.2％,亩收入比对照增加21．7—8 0.8％。     

侵染菊花的番茄不孕病毒的鉴定及其外壳蛋白基因的克隆

从菊花花叶病标样中分离到一球形病毒分离物,直径25～29 nm,与TAV抗血清反应呈阳性.根据英国报道的番茄不孕病毒(TAV-En)CP基因序列,设计合成一对引物,对该病毒RNA进行RT-PCR扩增,得到与预期大小相符的特异扩增带.将其克隆到pGEM-T easy中,经酶切和序列分析表明所克隆的是TAV CP基因,与已知的6个株系相应序列同源性均在96.4%以上.     

甜菜黑色焦枯病毒外壳蛋白与病毒致病性的关系

利用RT-PCR方法,构建获得了由T7RNA聚合酶启动子驱动的甜菜黑色焦枯病毒(BBSV)全长cDNA克隆pUBF52.摩擦接种苋色藜(Chenopodiumamaranticolor)后,体外转录产物可导致与野生病毒相同的枯斑症状,蛋白质印迹和RNA印迹检测也都证明了转录产物的侵染活性.构建了BBSVp24基因的原核表达载体pECP1,转化大肠杆菌BL21后的诱导表达产物能够与BBSV的抗血清呈现特异性反应,表明该基因编码产生BBSV的外壳蛋白(CP).以pUBF52为模板,分别构建了BBSVCP基因的移码突变体和不同程度的缺失突变体.侵染性检测表明,CP基因的移码突变对BBSV在苋色藜上所导致的枯斑症状及病毒RNA在寄主体内的积累基本没有影响,但CP基因的大部或完全缺失会使体内病毒RNA的积累水平大大降低,其中CP基因完全缺失的突变体转录物接种苋色藜后仅能够产生很轻的枯斑症状.将绿色荧光蛋白(GFP)基因和葡糖苷酸酶(GUS)基因分别与BBSVCP基因的5′端融合,构建了表达载体pBGFP和pBGUS.摩擦接种苋色藜叶片后可观察到GFP或GUS基因的表达,为探索利用BBSV作为外源蛋白的表达载体奠定了基础.     

黄瓜花叶病毒致病性研究进展

黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)属于正义单链RNA病毒,寄主广泛,危害严重,是当前最具影响力的植物病毒之一,也是世界公认的重要植物病害。CMV自1916年报道以来,国内外学者从病毒基因、基因编码产物以及与寄主相互作用等多个方面展开了大量研究。随着高通量测序技术与蛋白质组学技术的发展,病毒相关致病机制也取得突破性进展。介绍了CMV编码蛋白,CMV相关的卫星RNA以及寄主因子在CMV侵染植物后的症状发展过程中的作用,并对今后的CMV致病性研究进行了讨论,旨为CMV的相关研究提供参考。     

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。     

植物遗传工程

920268抗病毒植物的遗传工程〔英〕/Godoni,F一ZAreh.Virol一2990,115(i一2)一i~22〔译 自DBA,1991,10(9),91一05050] 讨论的主要内容包括:用于交叉保护的外壳蛋 白序列对植物的转化,表达病毒外壳蛋白的转基因植物的田间试验,抗病毒侵染的反义RNA技术,病毒卫星RNA在植物中的表达,ribozyme和锤头RNA机制,作为受体专性抗病毒荆的抗个体基因型的抗体;人干扰素基因在转基因植物中的克隆和表达。构建了抗下列病毒的转基因植物,烟草花叶病毒、首藉花叶病毒、烟草线条病毒、马铃薯X病毒、马铃薯Y病毒等。外壳蛋白介导的保护是最广泛采用的…