抗病毒RNA沉默和病毒拮抗RNA沉默策略研究进展

RNA沉默通指在转录或转录后水平上由RNA介导、序列特异性地降解靶标RNA从而抑制基因表达的过程。在动物、真菌和植物中,RNA沉默是通过小RNA的形成来抵御病毒侵染的,病毒自身可以作为RNA沉默的诱导子和靶标。病毒通过进化形成积极的和消极的策略来对抗RNA沉默。为此,主要讨论了siRNAs和miRNAs介导的抗病毒RNA沉默以及病毒蛋白和RNA介导的沉默抑制作用,有助于阐明病毒侵染与寄主之间的相互关系,为抗病毒研究奠定基础。     

影响茉莉H病毒沉默抑制子功能关键氨基酸的鉴定

茉莉H病毒(JaVH)是一种天竺葵黄斑病毒属病毒,可引起严重的茉莉病毒病害.该病毒基因组含有5个开放阅读框,分别编码2个复制相关蛋白、2个运动蛋白和1个外壳蛋白(CP),其中,CP可能是一个RNA沉默抑制子,并且与致病性密切相关.构建JaVH CP瞬时表达重组质粒pXT-CP,将其与pGDG混合浸润本生烟,浸润第5天利用紫外灯照射,观察到浸润区域仍具强烈荧光,表明CP是一个较强的沉默抑制子.为进一步鉴定CP的关键功能位点,将JaVH外壳蛋白与同属其他病毒进行比对后构建了18个pXT-CP突变体,利用农杆菌共浸润瞬时表达系统和Western blot明确了13个影响JaVH的CP功能的关键氨基酸位点,包括Trp 28、Arg 40、Arg 58、Gly 75、Ile 83、Thr 84、Val 108、Phe 111、Ser 115、Lys 123、Tyr 124、Arg 132和Lys 200.     

植物病毒沉默抑制子P25的原核表达及纯化

通过体外DNA重组技术将P25基因连接在pET28a（＋）载体上，构建成重组质粒。经PCR扩增、酶切鉴定及DNA序列分析，融合的P25基因序列正确。将重组质粒转化到大肠杆菌BL21（DE3）中进行异丙基β-D硫代半乳糖苷（IPTG）诱导表达，经过亲和层析得到纯品目的蛋白P25。     

烟草丛顶病毒编码的沉默抑制子初步鉴定

 烟草丛顶病毒（Tobacco bushy top virus,TBTV）为幽影病毒属成员,能在烟草上造成严重危害。TBTV基因组编码4个ORF,其中ORF3和ORF4几乎完全重叠,可能在TBTV的致病性中发挥重要作用。分别将TBTV的ORF3和ORF4与载体pGR107连接,构建植物表达载体pGR107 ORF3,pGR107 ORF4。经农杆菌与含外源GFP基因的pGREEN208共浸润转GFP基因的本氏烟16c叶片,2～5d后（days post inoculation,dpi)在紫外灯下观察发现浸润区有明显绿色荧光,其中pGR107 ORF4在12dpi后浸润区绿色荧光区域扩大,推断ORF4编码产物可能具有局部抑制本氏烟16c对外源GFP基因进行沉默的功能;而pGR107 ORF3浸润区绿色荧光逐渐恢复红色,GFP基因发生沉默,说明ORF3编码产物不具有抑制基因沉默的功能。进一步利用real time PCR定量检测发现,pGR107 ORF4浸润15 dpi 的本氏烟叶片中GFP RNA的含量要比仅接种pGR107的对照高,比未接种的本氏烟16c稍低。推断是因为ORF4编码蛋白抑制了植物对外源GFP RNA产生的沉默,使GFP得以在本氏烟内表达。由此进一步证实ORF4编码产物是TBTV的基因沉默抑制子。     

RNA沉默机制及其介导的植物抗病毒基因工程研究进展

RNA沉默是一种由双链RNA诱导同源RNA降解的现象,是植物的一种天然抗病毒机制.但是由于长期的共进化过程,一些病毒会在siRNA沉默途径以及miRNA沉默途径中编码一些抑制蛋白来对抗这种机制,使其作用受到抑制.文章对RNA沉默的发现、过程、抑制及其由RNA沉默介导的对RNA病毒、DNA病毒的抗性、以及由转病毒基因介导的病毒抗性等几种植物抗病机制.同时,对研究中所存在的一些问题作了分析,并就今后的研究重点和方向作了展望.     

甘蔗黄叶病毒P0蛋白分子特性及其抑制RNA沉默活性

【目的】甘蔗黄叶病（yellow leaf,YL）是一种主要的甘蔗病毒病害,在全球多数甘蔗种植国家或地区普遍发生,已对甘蔗生产造成严重威胁。其病原为甘蔗黄叶病毒（Sugarcane yellow leaf virus,SCYLV）,属于黄症病毒科马铃薯卷叶病毒属成员。研究SCYLV编码的沉默抑制子P0蛋白的分子特征、保守结构域及其在自然寄主甘蔗上抑制RNA沉默的功能,为下一步从RNA沉默水平解析SCYLV致病分子机理奠定基础。【方法】利用RT-PCR克隆技术获得SCYLV中国分离物CHN-FJ4编码的RNA沉默抑制子基因P0及其两个缺失突变体P0^Δ2-15（N端缺失15个氨基酸）和P0^Δ155-256（C端缺失102个氨基酸）,然后定向克隆到单子叶植物表达载体pUbi-nos（空载体）上,获得重组质粒。利用甘蔗嫩叶组织瞬时表达系统鉴定病毒RNA沉默抑制子技术,结合ImageJ软件定量分析P0及其两个缺失突变体抑制外源基因EYFP瞬时表达活性的变化。番茄丛矮病毒（Tomato bushy stunt virus,TBSV）编码的P19作为沉默抑制子阳性对照。【结果】P0核苷酸序列的遗传进化分析结果显示,所获得的SCYLV病毒分离物CHN-FJ4为BRA基因型,与其他BRA基因型分离物氨基酸序列一致性为96.1%-98.4%。利用MEME在线软件预测P0蛋白的保守结构域,结果表明P0蛋白含有3个显著的保守区。分别位于第1-60、76-125和161-210氨基酸残基。通过Datamonkey在线服务器（http://www.datamonkey.org）提供的5种运算方法分析P0蛋白氨基酸位点的选择压力,结果显示P0蛋白具有8个氨基酸正向选择位点。将含有P0及其缺失突变体的重组质粒连同含EYFP报告基因的pTEM12质粒采用基因枪轰击法分别导入甘蔗嫩叶组织细胞,轰击后48-120 h,P0和P19逐渐地提高EYFP荧光表达点数和荧光表达水平;在120 h,与pUbi-nos空载体（不含沉默抑制子）对照组相比,P0和P19均显著地提高甘蔗嫩叶组织EYFP荧光表达点数和荧光表达水平,分别达1.6倍和4.0倍以上。P0与P19抑制RNA沉默活性水平没有显著差异（P>0.05）。P0蛋白N端缺失15个氨基酸（P0^Δ2-15）和C端缺失102个氨基酸（P0^Δ155-256）均丧失了沉默抑制子的功能,荧光表达与不含沉默抑制子对照组相当。【结论】在甘蔗嫩叶组织EYFP瞬时表达体系上,P0能够显著地提高外源基因EYFP表达水平。P0蛋白N端15个氨基酸和C端102个氨基酸含有显著的保守区域,是P0发挥沉默抑制子功能所必需的。     

双链RNA激发的植物基因沉默及其在植物育种上的应用

在生物体内,存在大量的非编码RNA(ncRNA),小干扰RNA(siRNA)是其中一种,由双链RNA切割形成,能干扰基因表达,激发转录后的基因沉默。尽管双链RNA干扰是把基因"敲低"而不是"敲除",但它的高效和易操作性使之成为研究植物基因功能的有用工具,并通过转基因途径用于植物改良。与反义RNA技术和共抑制技术相比,RNA干扰对基因的沉默效率高,效果稳定。单基因RNA干扰就可调控多基因家族控制的农艺性状,而不必累积单基因突变。把病毒基因构建成反向重复结构转入植物体内,其转录出的RNA会通过分子内序列互补形成双链结构,激发转基因植物的RNA干扰机制,将入侵病毒的同源序列降解,使转基因植株获得对病毒的抗性。RNA干扰型抗病毒转基因植株中,转病毒基因的mRNA不存在或存在量很少,也不会翻译成有功能的病毒蛋白质,因此不存在病毒RNA重组、异源包装及协生作用的潜在生物风险,具有较高的生物安全性。     

植物病毒混合侵染研究进展

混合侵染是病毒为害作物时存在的一种普遍现象,给农业生产带来严重威胁,并常造成重大的经济损失。目前,已报道了多种病毒混合侵染的相关研究。本文综述了近年来对植物病毒混合侵染现象以及内在机制的研究现状,从基因沉默抑制子、小RNA、进化博弈等方面探讨了影响植物病毒混合侵染的因素,以期为病毒病害的有效防控提供依据。     

南方水稻黑条矮缩病毒S6编码一个沉默抑制子

 【目的】分析南方水稻黑条矮缩病毒（SRBSDV）基因组S6编码的SP6蛋白的抑制子活性,明确SRBSDV是否编码RNA沉默抑制子来干扰植物的沉默。【方法】将分别含有SP6与GFP质粒的农杆菌共浸润转GFP基因的16c本氏烟纯合系,观察SP6对局部沉默和系统沉默的抑制作用;将含有SP6,GFP和dsGFP质粒的农杆菌三者共浸润,观察SP6对由dsRNA引起的沉默的抑制作用;在同一植株不同部位接种GFP和SP6,观察SP6对RNA沉默信号传导的影响;通过马铃薯X病毒（Potato virus X,PVX）在本氏烟上表达SP6,观察SP6是否能增强PVX的致病性。【结果】SP6能抑制由GFP正义RNA介导的沉默,但其抑制作用较弱,仅能延缓局部沉默和系统沉默的产生。SP6能灭活RNA沉默信号,阻止沉默信号的长距离传导,回复GFP的沉默,但不能抑制由dsRNA引起的沉默。利用PVX在本氏烟上表达SP6能增强PVX的致病性。【结论】SP6是病毒编码的RNA沉默抑制子,在RNA沉默的起始和信号传导阶段起作用。     

真菌RNA沉默研究进展

阻抑(Quelling)与减数分裂沉默(Meiotic silencing by unpaired DNA,MSUD)等真菌RNA沉默(RNA silencing)现象的研究拓展了我们当前对基因表达调控的认知。随着测序信息量的爆炸性增长与功能研究的不断深入,真菌RNA沉默展示出的复杂与多样为真核生物研究提供了全新的视角。本文就当前真菌RNA沉默及相关小分子RNA(Small RNA,sRNA)的研究现状做一简要概述。     

植物病毒RNA间重组的研究现状

根据近几年来研究的最新资料，从植物病毒RNA间的重组位点的特征以及重组体亲本链双方的来源的角度对植物病毒RNA的重组类型作了介绍，并对其重组机制作了综述．     

RNA干涉及其抗病毒应用研究进展

综述RNAi的机制,植物与病毒相互作用的机制,及RNAi在植物抗病毒育种中的应用研究进展,并展望其研究前景。     

CP基因3'端短片段介导的对马铃薯Y病毒的抗性

【目的】探明马铃薯Y病毒脉坏死株系（PVYN）CP基因3′端序列短片段的不同结构转基因诱导转基因植物产生RNA介导抗性的有效性。【方法】以PVYN的CP基因cDNA 3′端202 bp片段构建非翻译的正向重复和反向重复结构的植物表达载体转化烟草。【结果】攻毒试验表明前者没有一例转基因植株表现为抗病，而转化反向重复结构的转基因植株82.8%表现近似免疫的高度抗病型，Southern印迹杂交证明目的基因已整合到烟草基因组，Northern印迹杂交结果显示反向重复结构转基因植物的抗病性与RNA的表达量呈现负相关。【结论】抗病性是RNA介导的病毒抗性。3′端短片段诱导产生的转基因抗病株比例比5′端短片段诱导产生的高。     

葡萄卷叶伴随病毒2号p24蛋白基因转化烟草的研究

以含有葡萄卷叶伴随病毒2号(Grapevine leafroll-associated virus 2,GLRaV-2)p24蛋白基因的T载体(p-G2-p24)为模板,PCR扩增该蛋白基因的全长序列及其5''端长300 bp 的正反向片段。将p24蛋白基因全长序列定向克隆到表达载体pCsuper 1300+上,得到重组质粒pCsuper1300-p24。将正反向片段先后插入具内含子的中间载体pBSint上,得到重组的中间载体pBSint-p24-F-R。然后用HindⅢ和SacⅠ双酶切pBSint-p24-F-R,将切下的带内含子的正反向串联片段定向克隆到植物表达载体pCsuper 1300+上,得到含有发夹结构的RNAi重组质粒pCsuper-p24-F-R。将pSuper1300-p24和pCsuper-p24-F-R分别通过农杆菌浸润叶盘法转化本生烟。经过RT-PCR和PCR检测,分别获得了异源表达p24的T₀和T₁代阳性株系各34和12个,转化pCsuper-p24-F-R的T₀和T₁代阳性株系各17和7个。该结果可为p24功能研究及培育RNAi介导的抗病毒葡萄新种质提供试验材料。     

抗水稻黑条矮缩病毒和南方水稻黑条矮缩病毒的双价RNA沉默载体的构建

为利用RNAi技术获取抗水稻黑条矮缩病毒(RBSDV)和南方水稻黑条矮缩病毒(SRBSDV)植株,分别针对两种病毒的S6和S10基因构建RNA沉默载体。采用重组PCR方法将RBSDV S6基因片段(R6)和SRBSDVS6基因片段(SR6)进行融合,获得600 bp的R6-SR6融合基因;将RBSDV S10基因片段(R10)和SRBSDV S10基因片段(SR10)进行融合,获得600 bp的R10-SR10融合基因。融合基因以反向重复的方式连入pBS载体,并定向插入到pCAMBIA1301载体上,获取了含有发夹结构的植物表达载体pCAMBIA1301-hp(R6-SR6)和pCAMBIA1301-hp(R10-SR10)。抗RBSDV和SRBSDV RNA沉默载体的构建为利用RNA沉默进行植物抗病毒研究奠定了基础。     

植物RNA介导的病毒抗性研究进展

对目前RNA介导的病毒抗性的特点、机制以及与转基因沉默的异同作一概括，并对RNA介导的病毒抗性在植物功能基因组学研究中的应用作了简单介绍。