VIGS技术在大豆功能基因组学研究中的应用进展

病毒诱导基因沉默(virus induced gene silencing,VIGS)是一种基于植物天然防御病毒保卫机制的转录后基因沉默现象。携带目的基因的重组病毒载体侵染植株引发内源基因沉默,已成为快速、高效、高通量地鉴定未知基因功能的新技术。近年,VIGS技术在研究植物抗虫抗病、代谢调控、非生物胁迫等方面取得进展。本研究介绍了大豆VIGS技术的分子机制和构建病毒载体,并对该技术在大豆功能基因组学研究中的应用进行综述,对其发展前景进行展望。     

VIGS技术及其在棉花功能基因组研究中的应用进展

病毒诱导的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)是一种转录后基因沉默现象,是植物体内普遍存在的遗传免疫机制,现已被开发为快速、高效、高通量的反向遗传学技术,在植物基因功能研究中得到广泛应用。近年,利用VIGS技术进行棉花基因功能研究也取得了一定进展。本文对VIGS技术的发展、操作技术的优化进行了综述,尤其总结了VIGS技术在棉花抗病、品质改良、生长发育等基因鉴定和功能研究中的应用进展,并对其应用前景进行了展望。     

VIGS:植物功能基因组学研究的革命

病毒诱导基因沉默(vims induced gene silencing,VIGS)技术是一种RNA介导的抗病毒防御反应机制,目前在植物反向遗传学领域已经表现出巨大的潜力.VIGS技术不仅优于传统的植物转基因技术,方法简便,高效耐用,而且具有高通量特性.在功能基因组学领域的研究中,这些优越性已经使VIGS技术成为最具吸引力的首选技术手段.目前,VIGS体系应用最成功的植物是病毒学家常用的模式植物一本氏烟草(Micotiana benthomiana),与此同时,也在努力改良VIGS技术,使其能够在包括单子叶植物在内的其它物种中得到广泛应用.我们讨论的重点是针对利用VIGS技术来确定基因功能,该技术已经在抗病性,逆境胁迫,细胞信号传导以及次生代谢生物合成途径研究中显示出相关基因功能的多样性,并随之构建出一系列新的相关模型.     

VIGS技术在番茄基因功能中的研究与应用

病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing, VIGS)是依赖于RNA干扰(RNA interference, RNAi)快速降解靶标基因分析其功能的一种技术,RNAi属于植物天然防御机制的一部分。与其他植物基因功能验证方法相比,VIGS技术操作简单、见效快、无需转基因。番茄是中国乃至世界重要大宗蔬菜,也是现代蔬菜的主导产业,自从番茄基因组测序完成,逐步成为果实类基因功能研究中的模式植物,本研究归纳总结了近年来VIGS技术在番茄基因功能中研究与应用,以期为茄科蔬菜乃至园艺植株基因功能研究提供参考与借鉴,为加速蔬菜乃至园艺作物基因功能研究提供参考。     

VIGS技术在观赏植物中的应用

后基因组时代,基因功能研究备受关注,病毒诱导基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术便是一种高效的基因功能鉴定方法。VIGS虽然在模式植物以及经济作物上已经有了大量的研究基础,但在观赏植物领域研究较少。观赏植物具有一定的经济、生态和社会价值,在对其基因功能进行研究时,利用高效的技术方法有利于更好地提高其观赏性、耐胁迫等品质,实现这些价值。所以,为降低观赏植物栽培成本,提高质量,将VIGS技术用于观赏植物研究,可有效解决传统方法效率低,存在技术瓶颈等问题并实现其价值的统一。本综述对VIGS这项简便、快速的技术的分子机理、体系的优化与发展以及其在观赏植物生长发育、遗传改良、抗胁迫等方面基因功能研究上的应用进行总结,希望该技术在不断优化的同时能够在观赏植物基因功能研究中得到更广泛的运用,为观赏植物基因功能鉴定、品质改良和定向育种提供新思路。     

VIGS在几种番茄真菌性病害的应用

作为研究反向遗传学的重要方法之一的病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing,VIGS),因其实验周期短、成本较低、高效且高通量等优点被科研工作者广泛应用在植物中。近些年,番茄作为一种模式植物,VIGS技术在番茄抗病育种中也取得了一些进展。近些年来有关VIGS技术的综述主要着重介绍其在植物抗逆、生长发育以及代谢调控等方面的应用。为了进一步的探究VIGS在植物中的应用,本综述从VIGS的机理、发展、载体的选择、影响因素及其在几种番茄真菌病害的应用进行综述,并对其应用前景进行了展望。     

TRV病毒介导的基因沉默体系在新疆陆地棉和亚洲棉中的建立

为研究烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)介导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)技术应用的广谱性,以陆地棉(Gossypium hirsutum)CLA1为标记基因,通过构建基因沉默载体,在新陆早33和亚洲棉(Gossypium arboreum)建立了TRV-VIGS体系。半定量PCR分析表明,与对照相比,TRV侵染的新陆早33和亚洲棉中CLA1基因的表达均被有效抑制,真叶表现出明显的白化症状。同时在45份新陆中系列棉花材料中重复该体系,并且通过控制培养温度来检验温度对VIGS的影响,结果表明,当昼/夜温度分别为23℃/21℃和32℃/28℃时,不同品种的新陆中系列棉花均可以维持不同程度的白化表型。证明,TRV介导的VIGS可以用于室内研究新陆中系列棉花和亚洲棉基因功能。     

在小麦上实施基因沉默的VIGS系统优化

以大麦条纹花叶病毒(Barley stripe mosaic virus,BSMV)改造的VIGS(Virusinduced gene silencing)载体在单子叶植物中能够介导基因沉默,因此BSMV在植物基因功能鉴定中具有广泛的应用.本试验通过在近等基因系TcLr24中对BSMV VIGS载体系统进行优化,以保证...     

基因沉默技术及其在棉花中的应用

基因沉默是指生物体内基因表达调控的重要手段,主要表现为特定基因的表达量下调或表达受到抑制。基因沉默主要有两种,转录水平上的基因沉默和转录后基因沉默。前者主要包括基因甲基化、位置效应、同源基因的反式失活、后成修饰作用以及重复序列引起的基因沉默;后者主要包括共抑制和RNA干扰引起的基因沉默。基因沉默广泛存在于植物体中,是一种基因表达调控和抵御病毒侵害的重要机制。文中介绍了基因沉默的类型和作用,重点评述了基因沉默技术在植物基因功能研究,尤其在棉花种质创新与品种改良方面的应用进展。     

本生烟脂质转移蛋白基因克隆及VIGS沉默载体和过量表达载体构建

非特异性脂质转移蛋白(non-specific lipid transfer proteins,nsLTPs)是植物中大量存在的小分子脂类结合蛋白,具有多种生物学功能。为研究nsLTPs在调控植物应答生物与非生物胁迫的反应中起的作用,本研究以本生烟(Nicotiana benthamiana)为材料,成功克隆非特异脂质转移蛋白NbLTP1全长基因,其开放阅读框序列为360 bp,编码119个氨基酸,分子重量为12.44 kD,为疏水性蛋白,等电点为7.45。对NbLTP1蛋白质三级结构进行了预测和分析,并进一步构建了烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)介导的病毒诱导的基因沉默载体TRV:NbLTP1。荧光定量PCR结果表明通过VIGS可以显著抑制NbLTP1基因的表达。此外还通过In-Fusion克隆技术快速成功构建了pCAMBIA1305-NbLTP1-3*HA过量表达载体。本研究为下一步遗传转化、后续研究NbLTP1调控植物防御生物与非生物胁迫的分子机理、培育新种质提供理论依据。     

棉花酰基辅酶A结合蛋白(ACBP)家族基因的发掘及在非生物胁迫抗性中的功能鉴定

酰基辅酶A结合蛋白(ACBP)家族基因在植物正常生长发育、响应逆境胁迫及生物膜修复等方面具有重要作用。本研究基于陆地棉(Gossypium hirsutum)遗传标准系TM-1基因组序列信息,鉴定并获得21个棉花ACBP家族基因成员的全序列和染色体定位等信息。聚类分析表明这21个基因分属于I~IV类。依据与拟南芥的同源性,将棉花ACBP家族基因命名为GhACBP1~GhACBP6等6大亚类。转录组分析表明,该家族基因在不同组织、不同发育时期表达差异较大。不同逆境诱导分析表明,GhACBP1、GhACBP3和GhACBP6显著受盐、旱、低温、高温逆境胁迫诱导,而GhACBP4和GhACBP5对逆境胁迫响应不强烈。进一步分析表明,GhACBP3和GhACBP6的表达受过氧化氢(H2O2)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、脱落酸(ABA)和乙烯(ET)的诱导。病毒诱导的基因沉默(VIGS)试验表明,沉默GhACBP3和GhACBP6亚类基因会降低棉花植株对干旱和盐的耐性。目标基因沉默后,植株干物质积累下降,株高变矮,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性降低,丙二醛(MDA)含量升高,表明GhACBP3和GhACBP6在棉花抗旱、耐盐中发挥作用。研究为利用ACBP家族基因进行棉花抗逆性研究及应用提供参考。     

RNA干扰对烟草NtPPO8基因沉默的效应分析

多酚氧化酶（PPO）是发生酶促褐变的关键酶,PPO活性过高会使烟叶变褐。为明确烟草NtPPO8基因对PPO活性的影响,建立降低NtPPO8基因表达量的病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing,VIGS）体系,探究使用RNA干扰技术对烟叶NtPPO8基因表达量及PPO活性的影响。以中烟100和K326为材料,分析在移栽后50d进行VIGS载体侵染的植株,并在侵染后10、20、30、40d分别测定NtPPO8基因表达量及PPO活性。结果表明,接种VIGS载体的转化植株,其中在侵染后20d时NtPPO8基因的沉默效率最高,为78.46%;随着侵染时间推移,NtPPO8基因的沉默效率逐渐降低,在接种后40d内有效表达;且转化植株中的病毒载体会随着植株的生长而向上传导,随着接种部位的上移,沉默效率逐渐降低。因此,研究建立VIGS体系能够有效沉默NtPPO8基因的表达,并且有效降低PPO活性,为提高烟叶耐烤性及降低烟叶褐变比例提供了新的思路和方法。     

辣椒金属伴侣蛋白基因CaHPP7提高植物对铜和热胁迫的抗性

金属伴侣蛋白在植物抵抗重金属胁迫和低温、干旱、高盐等非生物胁迫中发挥重要作用,但其应对热胁迫时发挥作用的报道还很少。前期研究从辣椒中分离到一个能够响应热胁迫的金属伴侣蛋白基因CaHPP7,通过生物信息学和定量分析发现该基因的氨基酸序列含有1个HMA结构域,且其表达受高温、Cu²⁺、Cd²⁺等重金属,以及ABA(Abscisic acid)、MeJA(Jasmonic acid methylester)和SA(Salicylic acid)等外源信号物质的诱导。为了进一步明确CaHPP7基因在植物重金属和热胁迫抗性形成中的功能,利用基因沉默和过表达技术改变Ca HPP7的表达水平。结果显示,基因沉默表达后,辣椒对铜和热胁迫的抗性都降低,表现为离体叶圆片叶绿素含量下降程度显著高于未沉默植株;而基因过表达后,拟南芥对铜和热胁迫的抗性都升高,其中热胁迫下表现为幼苗存活率高于对照,叶圆片叶绿素含量减少程度低于对照;铜胁迫下表现为种子发芽率高于对照,幼苗生长的受抑制程度和叶圆片叶绿素含量下降程度均低于对照。故推测CaHPP7基因在植物应对高温和铜胁迫的过程中起正调控作用。本研究结果将为进一步揭示植物抗逆性形成的分子机制提供理论依据,也将为农作物抗逆新品种的选育提供参考。     

GhCPS基因沉默对棉花幼苗生长和内源激素含量的影响

利用RT-PCR从棉花中获得493 bp的GhCPS(赤霉素(GA)合成酶基因)片段,经EcoRⅠ/KpnI双酶切后连入pTRV-RNA2质粒,获得了重组载体pTRV-GhCPS;用该载体转化农杆菌后,室内盆栽条件下侵染棉花品种欣抗4的子叶苗。结果表明,病毒诱导沉默GhCPS基因的棉花幼苗中GhCPS的表达量仅为空载体对照的52%。与空载体对照相比,沉默GhCPS的棉花幼苗第1叶和第2叶的内源GA4含量分别降低33%和60%;第2叶ABA含量降低48%,IAA、ZR和iPA含量均无显著变化;株高降低64%。第1叶和第2叶的叶面积分别减小26%和47%,总叶绿素含量分别增加29%和63%,类胡萝卜素含量分别增加27%和46%。第1叶的净光合速率、气孔导度、胞间CO2和蒸腾速率分别增加23%、40%、9%和31%。可见,利用病毒诱导基因沉默技术技术沉默GhCPS后可调控棉花幼苗叶片内源激素平衡,控制棉花幼苗的生长,并提高单位叶面积的光合能力。