RNAi基因沉默技术及其在植物抗病性改良中应用的策略

RNAi (RNA interference) 是一种由dsRNA参与、对靶基因表达进行干扰或沉默的现象。由此发展起来的RNAi基因沉默技术已成为当今植物基因功能研究和遗传改良的一个重要手段。该技术已经在靶向病原物(真菌、细菌、病毒和线虫)基因沉默方面得到了广泛的应用,并且产生了一批抗病性增强的转基因植物。人工设计和合成的amiRNAs和ata siRNAs的成功研发加快了RNAi技术的应用。本文对RNAi基因沉默机制、RNAi技术研发进展及其在植物抗病性遗传改良中的应用进行综述,并对其应用策略进行探讨。     

水稻白叶枯病菌北方菌株遗传多样性rep - PCR分析

为了揭示水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)北方菌株的遗传结构组成,利用rep - PCR 技术对103个从辽宁、吉林、河北、山东稻区采集的Xoo菌株、9个标准小种(R1 -R9)代表菌株和13个水稻细菌性条斑病菌(X.oryzae pv.oryzicola,Xoc)菌株进行了遗传多样性分析.结果表明,ERIC -PCR和BOX-PCR分析均能较好地揭示出测试菌株的遗传多态性,分别获得了84种和90种分子谱型;在相似系数为70%时,ERIC -PCR将所有测试菌株聚类为17个簇群,其中1个为优势簇群;BOX - PCR将测试菌株聚类为10个簇群,其中2个为优势簇群.在相似系数为50%时,Xoo与Xoc测试菌株分别聚类为2个不同的簇群.     

水稻白叶枯病菌在离体培养条件下生物膜形成的检测

分析了不同培养和测试条件(塑料和玻璃表面、培养时间、培养温度和培养基)对水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)生物膜形成的影响,并测定了不同地区来源的Xoo野生型菌株、基因缺失突变体的生物膜形成。结果表明,在聚苯乙烯表面生长、用M210培养基在23 ℃下静止培养24 h是Xoo生物膜形成比较适宜的条件;不同地区来源的菌株生物膜形成能力不同;鞭毛相关基因fleQxoo、fliExoo和rbfCxoo以及H2O2降解调控基因oxyRxoo的缺失突变均影响生物膜形成。     

应答调节蛋白基因flgRRxoo对水稻白叶枯病菌毒性表达的调控作用鉴定

为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzae,简称Xoo)应答调节蛋白FlgRRxoo的生物学功能,本研究通过基因克隆和序列分析、用标记交换法构建突变体以及表型测定,对flgRRxoo基因进行了分子鉴定。通过设计引物进行特异性扩增,成功地从Xoo野生型菌株PXO99A中克隆了flgRRxoo。FlgRRxoo为N端具有REC结构域的单一结构应答调节蛋白,其基因序列与其他黄单胞病菌中的同源序列高度保守。与PXO99A相比,△flgRRxoo胞外多糖(EPS)合成能力以及对水稻的毒性显著降低,基因互补可以使之恢复;△flgRRxooEPS合成基因gumBDGKM表达均有所下降;但其运动性、胞外纤维素酶和木聚糖酶活性无明显改变。表明FlgRRxoo可能主要通过调控EPS合成能力,影响了病菌在水稻上的毒性。     

水稻白叶枯病菌鞭毛基体基因fliExoo缺失突变分析

 为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,简称Xoo)鞭毛基体组分蛋白基因fliExoo的生物学功能,本研究用Gm^R抗性基因标记交换法成功构建了基因缺失突变体△fliExoo。与野生型菌株PXO99^A相比,△fliExoo鞭毛缺失,菌体易沉降,在0.3%半固体培养基上运动能力明显降低;尽管生长速率和胞外纤维素酶活性无明显变化,但胞外多糖产生和生物膜形成能力明显下降;对水稻品种日本晴的致病性和对非寄主烟草的致敏性反应明显减弱。基因互补可以使上述突变表型恢复。因此,鞭毛基因fliExoo突变不仅影响了细菌鞭毛依赖的运动性,而且对病原菌毒性相关的表型也产生了影响。     

水稻C端结合蛋白家族基因OsCtBP-A的克隆及表达分析

利用5′-RACE方法克隆了在水稻与白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,简称Xoo)互作过程中下调表达的水稻C端结合蛋白家族基因OsCtBP-A的全长序列。通过生物信息学方法分析了该基因及编码蛋白质的结构特征,OsCtBP-A由424氨基酸组成,N端具有2-Hacid_dh_C保守结构域,C端具有植物CtBPs家族特有的NLS和PEST基序,氨基酸序列与拟南芥和牵牛花CtBPs同源物的同源性为63%;基因启动子区推测具有ABA和SA应答调控元件。OsCtBP-A基因对不同信号分子应答的RTQ-PCR分析表明,水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、乙烯(ETH)和脱落酸(ABA)处理水稻后均能诱导该基因的转录表达,但诱导能力有所差异,其中ABA诱导活性最强。     

受病原细菌诱导表达增强的水稻转录因子基因OsBTF3的分子鉴定

 【目的】分子克隆和定性分析受水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)诱导的水稻转录因子基因OsBTF3。【方法】用生物信息学和RT-PCR方法鉴定和分离OsBTF3基因全长cDNA序列;用原核表达和亚细胞定位方法分析产物表达及其定位;用RT-Q-PCR方法分析基因的组织表达特性和对Xoo侵染的的应答表达。【结果】从水稻品种日本晴cDNA中克隆了OsBTF3全长序列,它编码具有175个氨基酸的蛋白质,具有核定位信号和NAC保守结构域;OsBTF3与其它植物BTF3序列同源性可达79%～88%;在大肠杆菌中表达产生一个与预测分子量大小一致的27 kD蛋白质;OsBTF3::GFP融合蛋白主要在细胞核和细胞膜出现;OsBTF3基因在水稻不同发育期和组织中均有表达,但显著地受Xoo侵染的诱导而增强。【结论】成功分离了一个受Xoo诱导表达增强的水稻转录因子基因OsBTF3;OsBTF3主要定位于细胞核和细胞膜,可能在水稻感病性表达中起调控作用。     

应用GDPs转录物标记法进行水稻白叶枯病菌早期侵染表达谱分析

 【目的】揭示水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo）在侵染水稻叶组织早期的基因表达谱差异。【方法】采用GDPs-Finder计算法,设计了能够覆盖KACC10331基因组全部ORFs的定向引物（GDPs）,对Xoo与水稻互作1、3和7 d的总RNA进行反转录,对病菌cDNA探针进行Cy3/Cy5选择性标记,与含有371个Xoo致病相关基因的芯片进行杂交。【结果】在水稻侵染的不同时期,Xoo致病相关基因表达谱存在差异。与在NBY中生长相比,Xoo在侵染1、3和7 d时分别有42个（18个上调和23个下调）、51个（29个上调和22个下调）和33个（16个上调和17个下调）基因发生了差异表达;其中5个基因是共有上调表达的,5个是共有下调表达的。推测这些基因的差异表达可能与病菌适应寄主体内环境、生长与定殖以及为害与显症过程有关。【结论】应用GDPs转录物标记技术可以成功地进行Xoo侵染过程的表达谱分析,鉴定出的差异表达的基因可以作为功能研究的靶标基因。     

水稻基因启动子OsBTF3p的克隆和启动活性分析

 【目的】分子克隆水稻基因OsBTF3启动子片段,明确其对靶基因表达的启动作用,为抗病转基因水稻研究提供理论依据和启动子元件材料。【方法】对OsBTF3编码区上游1387 bp的启动子（OsBTF3p）序列进行了克隆和序列分析,构建了OsBTF3p∷GUS融合基因植物表达载体pCAM-OsBTF3p,利用农杆菌介导的水稻遗传转化,获得了39株OsBTF3p∷GUS转基因植株,对OsBTF3p进行了启动活性、组织特异性及病原菌诱导性分析。【结果】分子克隆了OsBTF3p片段,其序列与GenBank中的已知序列一致。在转基因水稻愈伤组织中能够检测到GUS活性,表明该启动子具有启动活性。在转基因水稻叶片维管束组织和根部组织能检测到GUS活性。水稻白叶枯病菌(Xoo)侵染后OsBTF3p驱动的GUS活性明显地上调表达。【结论】OsBTF3p具有驱动GUS基因表达的启动活性、组织表达特异性和病原菌诱导性。     

水稻白叶枯病菌HD-GYP结构域蛋白PXO_03945的功能鉴定

为了揭示水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,简称Xoo)环二鸟苷酸(c-di-GMP)信号相关蛋白PXO_03945的生物学功能,本研究通过基因同源重组和无标记交换,对PXO_03945基因进行了缺失突变,对野生型、突变体和互补菌株进行表型测定,分析该基因缺失突变对病菌胞内c-di-GMP水平、致病性、运动性、胞外多糖产生和生物膜形成的影响。结果表明,PXO_03945蛋白具有参与c-di-GMP降解的磷酸二酯酶(PDE)的HD-GYP结构域和功能未知的DUF3391结构域。全长基因缺失可导致体内c-di-GMP浓度明显上升。与野生型相比,ΔPXO_03945对水稻品种日本晴的致病性显著下降,而游动性增强,胞外多糖产生和生物膜形成增加。基因互补可以使之恢复。因此,HD-GYP结构域蛋白PXO_03945可能通过降解胞内c-di-GMP,正向调控了致病性,负向调控了运动性、EPS产生和生物膜形成能力。