用Golden Gate法构建广谱抗番木瓜环斑病毒海南株系的CRISPR/FnCas9植物表达载体

分子生物学育种是目前防治番木瓜环斑病毒(PRSV)最有效的方法。早期转基因番木瓜抗病毒的策略是根据"致病菌衍生的抗病性"(PDR)原理,将病毒来源的基因全长序列,转入番木瓜并获得抗性。PDR策略最主要特点依赖于靶目标病毒基因序列相似性,不能有效解决海南的番木瓜环斑病毒遗传多样性复杂的株系。本研究着眼于创制广谱的抗PRSV新策略,用最新的CRISPR/FnCas9基因编辑技术和Golden Gate载体构建系统,依据不同PRSV株系的保守序列分析结果,将5个sgRNA(2个CP sgRNA,2个Nib sgRNA和1个HC-Pro sgRNA)串联在一个载体上,实现一个载体可识别剪切5个位点,从而达到广谱抗PRSV的效果,应对海南地区PRSV株系复杂的问题。目前载体已经进行了测序验证,并在番木瓜上进行了叶片局部瞬时表达,初步表现出对PRSV的抑制效果,这为获得广谱抗番木瓜环斑病毒的番木瓜品种奠定良好基础。      

番木瓜环斑病毒海南株系植物RNAi表达载体的构建

为研究广谱抗环斑病毒（PRSV）海南株系转基因番木瓜育种方案,采集海南番木瓜各主要种植区的PRSV株系,以外壳蛋白（CP）、辅助成分－蛋白酶（HC-Pro）和复制酶（Nib）基因作为靶标基因,通过序列比对和运用Clustalx软件分析,得到干扰基因的保守区域和挑选出海南PRSV典型株系的代表样品。以pUCCRNAi为骨架质粒,利用代表样品的CP、NIb、Hc-Pro基因片断保守序列构建RNAi发夹结构,将发夹结构导入pCAMBIA2300-35S-OCS植物表达载体,构建出抗PRSV植物表达载体pCAMBIA2300-35S-CP-RNAi-OCS、pCAMBIA230035S-Hc-Pro-RNAi-OCS、pCAMBIA2300-35S-NIb-RNAi-OCS。实验将PRSV不同株系保守序列的分析与RNAi的高效抗病设计理念相结合,可用于创造高效、广谱抗PRSV病毒病的新种质。     

核酶基因转化番木瓜的研究

利用酶（Ｒｉｂｏｚｙｍｅ,Ｒｉｂ．）基因转化番木瓜（Ｃｗａｒｉｃａ ｐａｐａｙａ Ｌ．）探索培育抗番木瓜环斑病毒（Ｐａｐａｙａ Ｒｉｎｇｓｐｏｔ Ｖｉｒｕｓ,ＰＲＶ）品种的新途径。用三亲交配法将切割ＰＲＶ ＲＮＡ的Ｒｉｂ,基因的表达载体（Ｐ３５ｓ／ＮＰⅡ,Ｒｉｂ）,转入农杆菌ＬＢＡ４４０４,采用农杆菌介导转化将Ｒｉｂ,,基因和ＮＰＴⅡ基因导入番木瓜细胞的核基因组中。其培养的外植体在含有Ｋａｎ．１０     

番木瓜环斑病毒CP基因同源区段的克隆及植物表达载体的构建

采用RT-PCR技术对番木瓜环斑病毒CP基因的同源区段进行了克隆和鉴定分析。序列分析结果表明,获得PRSV-CP基因3′端的278bp DNA片段同源率最高。构建了目的基因包含278bp正义链、内含子(PDK内含子)及278bp反义链的RNA介导的植物表达载体p2301-CPU,并通过电激法导入农杆菌中。经PCR及酶切鉴定,证实质粒已被导入获得了农杆菌工程菌株。利用该植物表达载体对番木瓜的遗传转化工作目前正在进行中。     

番木瓜β-Gal基因的克隆分析与植物表达载体构建

番木瓜果实采后贮藏期间的迅速软化与β-Gal基因的表达密切相关。利用常规PCR结合反向PCR技术,分离了一条4501bp的番木瓜β-Gal基因组序列。其共含有17个内含子,外显子部分与相应的cDNA序列只有1个碱基的差异。生物信息学分析结果表明,该番木瓜β-GAL属于糖苷水解酶超级家族42中家族35的成员,在进化过程中与拟南芥的亲缘关系较近,与鳄梨和北美云杉则较远。同时,它还具有一段定位于胞外的信号肽,再次表明其可能参与了果肉细胞壁的降解和果实软化。进一步分离了β-Gal基因启动子,初步验证了其果实表达特异性。将该启动子替换载体p2301/TTRG上的CaMV 35S启动子,构建出RNAi-β-Gal双T-DNA植物表达载体。酶切分析和PCR检测结果表明,载体p2301/BPTTRG已被成功导入农杆菌,可用于后续的遗传转化研究。     

番木瓜果肉果胶裂解酶基因克隆及反义植物表达载体的构建

采用cDNA末端快速扩增方法.获得了番木瓜果肉果胶裂解酶(Pectate lyase,PL)基因的完整3′端和部分5′端序列.然后,根据本实验室已经获得的PL基因5′端DNA序列及笔者得到的3′端序列设计上、下游引物,以番木瓜基因组DNA为模板扩增得到PL基因的开放性阅读框.该序列编码385个氨基酸,与草莓、桃、芒果、拟南芥氨基酸序列的同源性分别为83.38%、75.76%、73.68%、65.96%.根据PL基因设计特异引物,扩增其保守区片段,将其反向插入pBI 121的CaMV 35 S启动子和Nos终止子之间,成功构建反义植物表达载体pBP,并导入到根癌农杆菌EHA 105中.     

基于提高CRISPR/Cas基因编辑效率的研究进展

CRISPR基因编辑技术发展迅速,为功能基因的研究及遗传改良提供了技术支持。提高基因组编辑效率成为使用基因编辑技术的基本点,目前已取得了重要进展。本文结合CRISPR/Cas系统的作用原理、晶体结构,着重介绍目前提高编辑效率的最新研究进展,对CRISPR/Cas基因编辑效率的提高进行分析并提出改进策略。     

基于phy基因的双边界植物表达载体构建

采用同源克隆方法从泡盛曲霉中克隆了1 515 bp 的植酸酶基因,与黑曲霉(A. niger963)phyA2 的核苷酸同源性为95%.以植物表达载体pTTBUG8为基础,构建了由35S启动子调控、具有磷高效利用功能基因(phy)的双边界植物表达载体 pBSP.解决了bar基因及其产物 PAT蛋白的安全性及产权等问题,并为植物养分高效利用基因工程研究奠定了重要基础.     

利用GATEWAYTM技术快速构建番木瓜环斑病毒HC-pro基因的RNAi表达载体

通过RT-PCR扩增番木瓜环斑PRsV病毒HC-pro基因,序列比对结果表明,克隆到的该基因片段与已知的海南或华南地区已克隆的HC-pro基因只有约92%的同源性,说明PRSV病毒具有较大的变异性.为了培育番木瓜转基因抗病植株,利用pWATERGATEI体和GATEWYTM技术,成功构建了番木瓜环斑病毒HC-pro基因的RNAi表达载体.具体步骤如下:①设计带特异性重组序列attB的HC-pro基因PCR的引物;②利用该引物进行RT-PCR扩增日C-pro基因;③通过BP反应,将扩增得到的HC-pro基因序列插入入门载体pDONR201中;④通过LR反应将HC-prd基因序列从pDONR201重组到目标载体pWATERGATE中,得到PRSV HC-pro基因的RNAi表达载体.     

HrpZpsta基因植物表达载体的构建及其在大豆中的转化

利用PCR技术扩增含有hrpZpsta基因的克隆载体pMD18-T-hrpZpsta,以植物表达载体pBI121为基础,将PCR产物插入到此植物表达载体中.利用农杆菌介导的大豆子叶节转化法将构建好的表达载体导入大豆品种吉农28中,选用筛选条件为100mg·L-1的卡那霉素选择培养基培养,对获得的转基因植株进行PCR检测...     

番木瓜畸形花叶病毒hc-pro基因保守基序FRNK点突变对病症表现的影响

为研究番木瓜畸形花叶病毒（PLDMV）hc-pro基因保守基序FRNK对病症表现的影响,本研究采用定点突变的方法,获得了PLDMV-DF的hc-pro基因保守基序FRNK的精氨酸（R）突变为异亮氨酸（I）的突变体克隆p35SPLDMV-GFP-R183/I,该位点突变显著减轻了PLDMV在番木瓜上的病症表现,表明是影响其致病性的关键位点。本研究结果为利用交叉保护防控番木瓜畸形花叶病毒病提供了重要参考和材料。      

PRSV运动相关病毒蛋白的Sos恢复系统诱饵载体构建及自激活效应检测

为研究与番木瓜环斑病毒运动相关的病毒蛋白(CP、HC-Pro、CI)互作的寄主因子,构建以Sos恢复系统为原理的胞质酵母双杂交系统的3个病毒蛋白诱饵载体,并检测其自激活作用来验证是否适用于后续的文库筛选.通过RT-PCR从番木瓜环斑病毒海南分离物中扩增出这3个病毒蛋白的片段,按正确方向将目标片段分别插入诱饵载体pSos中,并将重组质粒导入酵母温度敏感酵母菌株cdc25H,检测其表达产物对酵母Sos恢复系统Ras信号通路的激活作用而产生的细胞温敏特性影响.结果表明,这3个含番木瓜环斑病毒运动相关的病毒蛋白的诱饵载体构建正确,对酵母菌株cdc25H的Sos恢复系统无激活作用,激活试验为阴性.     

基于RNAi抗PRSV番木瓜株系的培育及其分子特征验证

根据RNAi原理构建的抗海南番木瓜环斑病毒(PRSV)植物表达载体p CAMBIA2300-35S-CP-RNAi-OCS,通过基因枪法将载体导入番木瓜的愈伤组织中,经卡那霉素抗性筛选后再分化成为植株。描述转化植株的分子特征同时进行抗病毒试验分析其抗病性。实验结果显示:转基因株系474为单拷贝插入的杂合子,插入位点在第7号染色体supercontig_61的717 141位置;抗病毒试验中,在接种病毒后28 d内非转基因株系1280有高浓度的病毒积累并很快表现出明显的病症,而转基因株系474基本无病毒积累且无发病症状。表明转基因株系474具有较好的PRSV抗性,有待于进一步田间试验。     

侵染湖南甘薯种质资源的曲叶病毒和杆状病毒的检测及其亲缘关系分析

采用PCR技术对2015—2016年从湖南省多个市县采集的180份甘薯种质资源进行两种DNA病毒（sweet potato leaf curl virus,SPLCV和sweet potato badnavirus,SPBV）检测,并以PCR扩增产物序列为基础,对这两种病毒的亲缘关系进行分析。结果表明：（1）180份甘薯种质资源中,22份检测出SPLCV,占总数的12.2%;32份检测出SPBV,占总数的17.8%;8份同时检出SPLCV和SPBV这两种病毒,占总数的3.9%。（2）检出SPLCV的市县有长沙、永州、怀化、邵阳、郴州、常德、娄底、益阳、岳阳和株洲;检出SPBV的市县有长沙、永州、怀化、衡阳和邵阳;检出两病毒复合侵染的市县有怀化、长沙、永州和邵阳。（3）基于病毒全基因组序列分析显示,全球已报道的36个SPLCV分离物可分为3组,本研究获得的12个湖南分离物可分别归于3个组中,其中6个归于组Ⅰ,1个归于组Ⅱ,5个归于组Ⅲ,表明湖南SPLCV具有高度多样性。（4）基于病毒运动蛋白和外壳蛋白编码基因部分序列分析显示,全球已报道的36个SPBV分离物可分为4组,绝大部分分离物属于组Ⅰ,我国1个安徽分离物单独成组（组Ⅱ）,我国2个山东分离物和1个海南分离物构成1个组（组Ⅲ）,本研究获得的2个湖南分离物其中1个归于组Ⅰ,而另1个与已报道各分离物的核苷酸序列均存在显著差异,相似性仅为74.92%,单独成组（组Ⅳ）,表明我国SPBV具有高度的变异性,存在多个变异类型。本研究结果可为湖南地区这两种病毒病防控提供依据。     

原核表达番木瓜环斑病毒NIa-Pro及其双重酶活鉴定

番木瓜环斑病毒(Papaya ringspot virus,PRSV)编码的核内涵体蛋白a蛋白酶(Nuclear inclusion body a proteinase,NIa-Pro)是一种多功能病毒非结构蛋白,在病毒侵染宿主及病毒与宿主互作中起着重要作用。本研究利用以麦芽糖结合蛋白(MBP)为融合表达框架的原核表达系统构建了表达NIa-Pro的重组载体pMAL-c5xNP,并转化大肠杆菌,经IPTG诱导和Ni~(2+)-NTA-琼脂糖亲和层析纯化获得了可溶的重组融合蛋白MBP-NIa(N端和C端分别融合MBP和His标签),然后利用蛋白酶Factor Xa切去重组融合蛋白中的MBP,再通过直链淀粉树脂亲和层析纯化获得了可溶的重组蛋白NIa-Pro。活性检测结果表明,重组蛋白PRSV-NIa-Pro具有非特异的双链DNA酶和特异的蛋白酶双重活性。     

利用PLDMV/Twin-Strep侵染性克隆纯化HC-Pro病毒蛋白

番木瓜畸形花叶病毒(Papaya leaf distortion mosaic virus,PLDMV)是一种新的潜在威胁番木瓜种植业的病毒,其辅助成分蛋白酶(helper component-proteinase,HC-Pro)是PLDMV编码参与病毒复制、运动、寄主植物症状表现的多功能蛋白,因此纯化获得具有功能活性...     

番木瓜干旱胁迫相关CpDHN基因的克隆与原核表达

本研究基于转录组获得的CpDHN转录本序列,以番木瓜‘台农二号’组培苗叶片为材料,采用RT-PCR技术克隆了该基因包含完整ORF在内的425 bp cDNA序列。序列分析表明,CpDHN预测编码93个氨基酸,其理论分子量为10.50 kDa、等电点为6.62、总平均疏水指数为-1.984、核定位。除保守的K片段外,蛋白还含有1个S片段,可归为KS型脱水素。在拟南芥中的10个脱水素中,CpDHN与AtLEA8的亲缘关系最近,相似性为53.3%。值得注意的是,虽然CpDHN的编码区不存在内含子,但其3°UTR含有1个与AtLEA8类似的内含子。表达谱分析显示,该基因在根和叶片中均受干旱胁迫诱导。此外,还构建了CpDHN的原核表达载体,SDS-PAGE分析显示,该蛋白在大肠杆菌中可高效表达。这些结果为下一步的功能鉴定奠定了坚实的基础。