病毒诱导基因沉默在蔬菜作物上应用的研究进展

近年来,病毒诱导的基因沉默（virus-induced gene silencing,VIGS）技术作为一种研究植物基因功能的反向遗传学手段,因其构建简易、成本低、周期短等优势在功能基因组领域的研究更为广泛和深入。在蔬菜作物生长发育、逆境胁迫、物质合成和代谢调控等相关基因功能的研究中,VIGS作为一种快速、高效、高通量的基因沉默新技术发挥了重要作用。因此,利用VIGS技术开展蔬菜作物新基因的挖掘、抗病抗逆基因功能鉴定、作物改良、分子育种等相关研究的意义重大。目前,在蔬菜作物中已经成功建立了多种以病毒为载体的VIGS体系,但该体系仍然存在一些不足。随着研究者对VIGS作用机制的深入探究和病毒载体的不断开发,VIGS在蔬菜作物上的应用范围越来越广阔。本文通过梳理近年来国内外基于VIGS技术研究茄果类、瓜类和叶菜类等蔬菜基因功能的研究报道和发展趋势,对VIGS技术机制、病毒载体的应用以及VIGS技术进展做了简要解析,同时对比分析了VIGS技术与RNA干扰技术（RNA interference,RNAi）以及当前较为流行的CRISP/CAS9技术的优缺点。重点介绍VIGS技术在蔬菜果实发育和抗病中的应用,对该技术在蔬菜作物物质代谢、激素调控、生物与非生物胁迫应答方面的最新进展进行了综述,并列举了利用VIGS技术研究茄果类、瓜类、叶菜类和豆类蔬菜靶基因功能和沉默表型的案例,总结了VIGS技术在研究蔬菜作物基因功能时缺乏适合的VIGS载体,缺乏有效的病毒载体侵染方法,在某些组织中难以系统性沉默,沉默效率低,VIGS固有的局限性等方面存在的问题和不足。同时提出了未来VIGS技术在开发特异性与稳定性更高的病毒载体,选择高效的基因片段,建立适合更多寄主范围的病毒载体等方面的研究方向。对VIGS技术用于蔬菜基因功能分析、蔬菜作物改良、分子育种以及生产不携带外源基因的蔬菜品种育成等方面的应用前景进行了展望,以期为开展蔬菜作物生长发育、次生代谢、逆境胁迫等相关基因功能研究以及突破制约VIGS技术的关键因素研究提供思路与参考。     

病毒诱导的基因沉默

    "病毒诱导的基因沉默"(virus-induced gene silencing,VIGS)一词最早用于描述被病毒侵染的植物的"恢复"现象,是一种植物抗病毒侵染的自然机制,现在已被开发成通过插入目的基因片段的重组病毒抑制植物内源基因表达的遗传技术,用于基因功能分析VIGS由小分子干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)驱动,siRNA单链与RNA诱导的沉默复合物(RNA induced silencing complex,RISC)结合后,特异性地和与siRNA同源的靶标RNA结合,并降解RNA模板已有源于15种不同类型病毒的VIGS载体得到开发和应用在VIGS栽体中插入的目的片段、重组VIGS病毒载体的植物导入方法、沉默处理时的寄主生育期、沉默处理后的植物培育条件等均显著影响VIGS的效率作为一种新型的基因鉴定和功能研究技术工具,VIGS具有无需事先知道目的基因全长序列、获取表型迅速、无需构建转基因植株等诸多优点,已越来越广泛地被应用于植物基因功能研究     

TRV-GFP载体在麦秆菊上的应用

病毒介导基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)对于研究基因功能是一种快速有效的反向遗传学工具。然而,高效的VIGS的技术却只在很少的一些植物中得到应用。为了拓展VIGS技术的应用,探明烟草脆裂病毒(Tobacco Rattle Virus,TRV)是否可以侵染麦秆菊(Helichrysum bracteatum Andr.)。利用以TRV-GFP为载体的VIGS方法成功侵染麦秆菊。由于TRV病毒载体携带有绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP)的编码序列,所以利用荧光显微镜和手提式紫外灯可以迅速检测到TRV-GFP标记蛋白,利用GFP荧光的检测可以筛选侵染植株。总之,本研究证实以TRV-GFP为载体的VIGS方法为麦秆菊基因功能组的研究提供一个崭新的、潜在的、有价值的工具。     

VIGS技术在辣椒基因功能研究中的应用进展

病毒诱导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)技术作为植物基因功能研究的反向遗传学手段已被广泛应用于植物功能基因组学研究领域.VIGS技术具有简便、高效和高通量等优点,有望改善辣椒基因功能研究的缓慢状态,为辣椒基因功能研究及品种改良提供新的思路.综述了VIGS载体及其在辣椒上的...     

病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)在豌豆基因功能研究中的应用

病毒诱导的基因沉默技术（vIGs）是近年发展起来的一种通过抑制基因转录研究植物基因功能的快速方法,豌豆早褐病毒（PE—BV）的VIGS技术已经被成功的应用于豌豆发育调控基因功能的研究。该文在概述VIGS原理研究进展的基础上,对基于PEBV的VIGS技术流程进行总结,并提出改善其缺陷的方法和合理的数据分析处理方式,认为基因的沉默效率与基因在调控网络中的位置,上下游基因的影响及基因间的功能冗余有关。     

VIGS基因沉默技术在作物基因功能研究中的应用与展望

随着作物基因组测序工作的陆续完成,大量影响作物重要农艺性状的基因功能等待挖掘.由于缺少高效的遗传转化方法,多种作物的基因功能研究进展缓慢.病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术不依赖遗传转化,通过病毒载体接种即可在当代植物体内实现对靶向基因的沉默.VIGS技术因其起...     

棉花VIGS病毒载体的构建及其在抗病基因功能鉴定的应用

【目的】利用农杆菌介导的VIGS基因沉默技术,研究陆地棉抗病相关基因在棉花抗黄萎病中的功能。【方法】利用分子生物学技术构建VIGS病毒载体,建立VIGS病毒诱导沉默体系;利用此体系将棉花中的一个钙依赖蛋白(CDPK)基因,通过农杆菌介导在陆地棉中沉默,根据此基因沉默植株在病原菌环境下的发病情况研究该基因在棉花抗病中的功能。【结果】利用包含有GhCPK抗病基因片段的VIGS病毒载体的农杆菌侵染棉花子叶,病毒载体上的目的基因片段由RNA聚合酶识别并合成双链RNA(double stranded RNA,dsRNA),dsRNA由Dicer酶识别并于其它RNA形成RNA诱导的沉默复合体(RNA induced silencing complex, RISC),RISC对内源GhCPK mRNA进行识别和切割作用,内源GhCPK mRNA降解而发生基因沉默。GhCPK基因沉默导致棉苗对黄萎病敏感性增加,证明GhCPK基因参与调控棉花抗病功能。【结论】病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)能够快速有效的研究GhCPKs基因在棉花抗病中的功能。     

病毒诱导的基因沉默技术在双子叶植物中的应用研究进展

病毒诱导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)是能够快速鉴定基因功能的反向遗传学重要方法之一,是一种RNA水平转录后的基因沉默现象。因其具有试验周期短、操作方法简单、成本低、效率高、获得表型快以及高通量等优点,被大量运用于植物基因功能研究中。阐述了VIGS技术的作用机制,综述了VIGS技术在茄科、豆科、蔷薇科、葫芦科、锦葵科和菊科等双子叶植物中的应用及存在的问题,对前景进行展望,为进一步拓展VIGS的应用提供参考。     

病毒诱导的基因沉默在茄科植物基因功能研究中的应用进展

茄科植物中有许多重要的经济与药用植物,随着茄科植物基因组测序工作的陆续完成,急需对基因组中大量功能未知基因的生物学功能进行鉴定。病毒诱导的基因沉默(VIGS)是近20 a发展起来的一种研究植物基因功能的高效反向遗传学技术,在总结VIGS作用原理、VIGS载体开发和改良研究现状的基础上,就近年来VIGS在茄科植物品质性状、生长发育、植物-病原真菌互作以及代谢产物生物合成和调控相关重要基因功能分析等方面的国内外研究进展进行了综述,并讨论了VIGS技术应用于茄科植物存在的问题和前景展望。     

抗马铃薯Y病毒病的VIGS生防剂发酵条件及施用方法优化

病毒诱导的基因沉默（virus-induced gene silence,VIGS）是植物病毒病防治方法之一,能够有效防治马铃薯Y病毒病。以VIGS表达载体发酵液对烟草马铃薯Y病毒病的防治效果为检测指标,筛选最佳发酵液发酵所需的培养基、发酵条件和施用方法。结果表明：VIGS表达载体发酵液最优培养基是YEP培养基;最优发酵条件为装瓶量60 mL/200 mL、初始pH 7.0、培养温度30℃、振荡培养24 h;施用方法以 “原液稀释100倍”、“剪叶后喷施+移栽时灌根”和“含PVY CP和HC-Pro基因片段的VIGS载体发酵液混合使用”的施用效果最佳。上述结果为抗马铃薯Y病毒病的VIGS生防剂发酵提供了理论依据,也为其田间应用打下基础。     

基于VIGS技术干扰病毒RNA防控烟草黄瓜花叶病毒病

黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus, CMV)引起的花叶病是烟草上的重要病害。本试验通过病毒诱导基因沉默技术(virus induced gene silencing, VIGS)构建靶向沉默CMV-1a、CMV-2a、CMV-MP和CMV-CP的VIGS载体,测定基因沉默后CMV相对表达量、CMV病毒浓度和TRV相对表达量,并对VIGS载体对CMV的防治效果进行评价。结果表明,试验建立的VIGS载体能够有效导入烟株;沉默CMV-2a的处理CMV相对表达量最低,基因沉默效率最高,为46.25%;接种病毒30 d后CMV-2a处理的病毒浓度最低,仅为对照的72.8%,TRV载体的相对表达量显著高于其他处理;沉默CMV-2a的处理发病时间推迟,病情指数最低,防治效果最好。本研究建立的CMV-2a VIGS体系能够有效沉默外源侵入的CMV基因表达,抑制CMV在烟株内的传播,为防治烟草黄瓜花叶病毒病提供了新的思路与方法。     

病毒诱导基因沉默的研究进展

对病毒诱导的基因沉默(VIGS)的发现、载体的开发、作用机理和优势的研究,以及VIGS在植物基因功能鉴定上的应用和展望进行了综述.     

不同VIGS体系在棉花中沉默效率的研究

[目的]比较不同病毒诱导的基因沉默(VIGS)体系在棉花中的沉默效率.[方法]本研究以35S启动子驱动的抗卡那霉素基因nptⅡ为目标基因,利用RNA病毒载体TRV和DNA病毒载体CLCrV构建基因沉默载体,研究这2套VIGS体系在棉花中的基因沉默效率和沉默持续时间的差异.[结果]TRV体系比CLCrV体系沉默效率高,T...     

利用VIGS技术在本氏烟中沉默枸杞PDS同源基因的研究

[目的]本项研究旨在通过建立一个异源VIGS体系,为枸杞重要性状相关基因的功能鉴定提供前期信息.[方法]从枸杞叶片中克隆获得409 bp长的八氢番茄红素脱饱和酶基因(phytoene desaturase,PDS)的编码区片段,构建入基于烟草脆裂病毒的VIGS空载体中,通过农杆菌介导的侵润接种,将重组的病毒沉默载体pT...     

基于小麦品种‘洛夫林10’的VIGS体系研究

为将病毒介导的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)技术应用于小麦-叶锈菌互作体系及小麦基因功能研究,本试验在优化适宜BSMV繁殖并引起发病的环境条件基础上,将病毒载体转染小麦品种‘洛夫林10’(简称L10)叶片并接种叶锈菌生理小种,发现接种病毒对叶锈菌侵染反应型没有影响,通过构建TaCAMTA4与TaATG8的BSMV-VIGS载体,将体外转录病毒转染小麦,以感染BSMV:PDS的L10作指示,在指示叶片变白后,经半定量RT-PCR检测,发现目的基因的表达量明显降低,表明用VIGS技术能够成功沉默L10中的目的基因,这一结果为进一步研究小麦与叶锈菌互作过程中小麦基因的功能及分子机制奠定了基础。     

辣椒病毒诱导基因沉默接种方法的优化

病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,简称VIGS)技术在候选基因功能验证方面起着非常重要的作用。以辣椒八氢番茄红素脱氢酶基因(简称PDS)为目标基因,分析表达载体转化农杆菌的菌液在LB液体培养基和诱导培养基(IM)中D600 nm值的变化趋势。结果表明,当LB液体培养基中菌液D600 nm值为1.15时,后续利用IM培养菌液的效率最高,PDS基因沉默效果明显;优化了农杆菌接种方法,可为辣椒利用VIGS技术进行候选基因的功能验证提供参考。     

黄瓜花叶病毒基因沉默载体的效率和稳定性分析

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的功能研究。试验以八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase,PDS)作为指示基因,在本生烟体内分析黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)作为VIGS载体对植物内源PDS mRNA的沉默效率。采用分子克隆的方法,将FnyCMV 2b ORF替换为不同长度的PDS序列,并分析了其在本生烟植物上诱导的PDS沉默效率。结果表明,该重组病毒能诱导上部系统叶的光漂白表型,且沉默效率与插入片段长度呈一定的正相关性,但在顶端新生叶中均不引起明显的光漂白现象,过长的片段插入(≥518 nt)影响病毒基因组的遗传稳定性,导致插入片段的部分缺失。CMV作为VIGS载体,最适合的插入片段约为350 nt。     

油棕病毒诱导的基因沉默体系的建立及优化

为开展油棕油脂代谢调控相关基因鉴定研究,以油棕八氢番茄红素脱氢酶基因（phytoene desaturase gene,PDS）作为报告基因,探索以病毒载体TRV为载体在油棕胚状体上应用病毒诱导基因沉默（virus-induced gene silencing,VIGS）的可能性,并对油棕胚状体VIGS体系的相关参数进行优化。结果显示：以EHA105为菌种、侵染菌液OD600=0.5、侵染时间5 min、乙酰丁香酮（AS）质量浓度20 mg/L、共培养48 h、侵染后培养时间为12 d能取得最佳的基因沉默效果。在此基础上,利用优化后的VIGS体系对油棕二酰甘油酰基转移酶基因（diacylglycerol acyltransferase gene,DGAT）进行沉默,取得了预期的基因沉默效果。     

利用病毒诱导的基因沉默技术沉默TSWV的NSm基因

【目的】番茄斑萎病毒(Tomato spotted wilt orthotospovirus,TSWV)在全球范围内严重危害农业生产,病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术主要用于植物内源基因的功能研究,而其沉默植物外源病毒基因用于病毒防控鲜有报道。本研究利用VIGS技术在辣椒中沉默植物外源病毒TSWV的NSm基因,为辣椒产业防控TSWV病害奠定技术基础。【方法】以辣椒(Capsicum annuum L.)为研究材料,首先构建辣椒PDS基因的沉默载体pTRV2-PDS以评估该沉默载体在辣椒中的有效性,再构建TSWV NSm基因的沉默载体pTRV2-NSm评估该沉默载体对TSWV NSm基因的沉默效果。【结果】构建的沉默载体pTRV2-PDS在辣椒中有效,沉默载体pTRV2-NSm可以高效沉默TSWV的NSm基因,NSm的表达量仅为对照组的4.6%,且表现出对TSWV的抗性。【结论】构建的沉默载体pTRV2-NSm可以沉默TSWV的NSm基因,并使辣椒对TSWV产生一定的抗性。