喷施诱导的基因沉默(SIGS)技术控制植物病害研究进展

喷施诱导的基因沉默(spray-induced gene silencing, SIGS)技术是一种新型基因沉默技术, 其以病原菌生长发育和致病相关基因为靶标, 将体外合成的针对靶基因的dsRNA喷施于植物表面, 抑制靶基因的表达?在病原菌侵染寄主的过程中, 病原菌可直接从寄主植物表面摄取dsRNA, 也可由植物吸收dsRNA后, 直接以dsRNA的形式或将dsRNA剪切成sRNAs转运至病原菌体内诱导病原菌相关基因沉默, 从而抑制病菌的侵染和扩展?由于SIGS技术不需要转基因, 再加上其具有高效性?特异性和环境友好性, 故显示出巨大的应用潜力?本文综述了SIGS技术的最新研究进展, 总结了影响SIGS控制植物病害的因素及未来的研究方向, 展望了其应用前景?     

喷雾诱导基因沉默技术在植物真菌病害防治中的研究进展

植物病原真菌是农业上的第一大病原菌,能够持续性地给全球的作物和果蔬产量带来严重的损失。目前真菌病害的防治方法主要依赖化学农药的大量使用,这也带来了真菌耐药性、食品安全以及生态环境污染等问题,因此开发应对病原真菌的新型绿色防控技术迫在眉睫。喷雾诱导基因沉默（spray induced gene silencing,SIGS）技术是一种通过外源施用双链RNA或小干扰RNA的方式来控制病原体关键靶标基因的生物技术,是农业生产上颇具潜力的新型绿色防控技术之一,目前已经成功应用于多种病原真菌的防控。本文主要综述了SIGS技术原理及其在植物真菌病害防治研究中的研究进展,旨在为开发用于防治植物病原真菌的生物农药提供研究基础。     

转录后基因沉默

 转录后基因沉默(PTGS)普遍存在于生物界,如植物的共抑制、源于病原的RNA介导的病毒抗性、真菌的基因沉默和动物的RNA干扰等。这类现象有许多共同特点,如都是以向细胞内引入核酸(转基因、双链RNA或病毒RNA)为诱因,依赖RNA的RNA聚合酶(RdRP)活性与基因沉默密切相关,在发生基因沉默的细胞中大多存在特定长度的小分子RNA (21~25 nt),PTGS导致细胞质内mRNA的特异性降解,不同生物的PTGS相关基因及产物具有很高的相似性,基因沉默能够在细胞间传播并能以表型遗传的方式传递给下一代等。这说明各种生物的转录后基因沉默可能有相似的遗传起源,是一种抵抗外来核酸(如病毒和转座子)入侵的共同的防御机制     

南方根结线虫Col基因分子克隆及其VIGS效应分析

为了明确线虫角质层胶原蛋白基因(Col)与根结线虫病害的关系,利用从线虫基因组中预测的Col设计特异引物,克隆了南方根结线虫Meloidogyne incognitacol基因MiCol.该基因完整编码区长903bp,编码300个氨基酸.克隆的MiCol与预测的MiCol基因序列一致性高达99.67％,氨基酸序列一致性高达100％.利用病毒介导的基因沉默技术,将其导入番茄植株并接种南方根结线虫,60 d后,沉默载体pTV-MiColi处理番茄植株的根结数比空载体对照及清水对照分别减少49.4％和49.2％,表明MiCol基因沉默显著降低了南方根结线虫的侵染数量.     

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。     

PstVosA1转录因子基因在调控小麦条锈菌耐高温反应中的生物学功能分析

 小麦条锈病是典型的冷凉生态区气传真菌病害,病原菌在越夏易变区(即秋季菌源基地)的越夏情况决定了冬季繁殖区条锈菌的初侵染菌源。小麦条锈病的发生流行极易受到温湿度关键气象因子的影响。近年来的调查研究发现,我国小麦条锈菌越夏海拔下限逐年下降,且越夏区范围进一步扩大,说明条锈菌耐高温胁迫能力增强,给未来小麦条锈病流行规律研究及制定防治策略带来了全新挑战。真菌特有的Velvet转录因子家族中VosA基因参与了真菌生长发育和次生代谢的调控,但关于该转录因子在条锈菌耐高温性中的作用却知之甚少。实时荧光定量PCR分析发现,温度敏感菌系蓬9和耐高温菌系A4在侵染寄主过程中PstVosA1基因均受高温胁迫诱导表达,但耐高温菌系PstVosA1相对表达水平明显高于温度敏感菌系蓬9。利用寄主诱导的基因沉默技术(HIGS)沉默小麦条锈菌耐高温菌系A4中的PstVosA1基因能显著降低在高温(21℃)接种条件下的平均发病严重度、孢子堆密度和生物量。研究结果说明PstVosA1基因正调控小麦条锈菌耐高温胁迫反应过程,增加该基因的表达水平,有利于增强小麦条锈菌耐高温性。     

松毛虫赤眼蜂种群间生物学特性的比较研究Ⅳ．寄主选择和寄主的适合性

对采日我国北纬２２～４３度，６个不同寄主的１１个松毛虫赤眼蜂种群，进行了寄主选择和适应力方面的比较研究。结果表明，对于参试的６种寄主卵所组成的３个不同寄主组合，种群间在对不同寄主的嗜好程度和适应力两方面部未存在显著差异。当米蛾卵与玉米螟卵同时存在时，各种群都明显喜好米蛾卵而很少与玉米螟卵接触，也很少寄生玉米螟卵。     

植物抗病毒的可能机制--基因沉默

根据目前RNA介导的植物病毒抗性(RMVR)、转录后基因沉默(PTGS)的研究成果,综述了基因沉默可能是植物抵抗病毒的一种机制,深入研究基因沉默不仅在抗病机制上有重要的理论意义,而且对彻底解决植物病毒问题有较大的潜在实用价值.     

喷雾诱导沉默CYP51和Sdh基因对禾谷丝核菌生长和致病性的影响

由于缺少稳定的遗传转化体系,丝核菌致病相关基因的功能研究受到严重限制。本研究以防治丝核菌病害的常用杀菌剂靶标基因CYP51和Sdh为目标基因,体外合成禾谷丝核菌CYP51的3个同源基因以及Sdh的B、C、D亚基基因的dsRNA,采用喷雾诱导基因沉默(spray-induced gene silencing, SIGS)方法研究这6个基因产生的dsRNA对病菌生长和致病性的影响。结果表明,外源施加靶标基因dsRNA对禾谷丝核菌的生长和致病性均有抑制作用。在被侵染的大麦叶片上,外源dsRNA能够显著抑制病菌中对应基因的表达。100 ng·μL^-1浓度的RcCYP51-3-dsRNA在大麦叶片上抑菌效果较为显著,且可以同时抑制3个RcCYP51同源基因的表达;RcSdhD-dsRNA同样可以抑制RcSdh三个亚基的基因表达,在50 ng·μL^-1浓度时抑菌效果最好。本研究探索了一种抑制禾谷丝核菌基因表达的方法,为使用SIGS方法研究丝核菌基因功能打下基础。     

RNA沉默转基因技术在植物抗病虫害研究中的作用

RNA沉默技术由于其简便、高效及高特异性在各种模式和非模式生物系统中得到了广泛的应用。植物转基因技术是将植物、动物或微生物中分离到的目的基因,通过各种手段整合到植物基因组上,使其稳定遗传并赋予植物新的优良性状的生物技术。RNA沉默在植物转基因工程领域的研究十分广泛,目前已经成功研究培育出许多抗病毒、抗虫转基因植物,为农业病虫害的防控提供了新的思路和方法。本文重点综述了近年来植物转基因介导RNA沉默在抗虫与抗病毒研究方面的进展,加深人们对转基因植物抗虫与抗病毒研究的认识。     

Host-induced gene silencing for engineering resistance to Fusarium in soybean

Soybean is one of the most economically important crops in the world. Its production is affected by several fungal diseases, such as those caused by Fusarium spp., causing significant losses in yield and seed quality. Management interventions are limited, costly, and associated with environmental problems. Host resistance provides a more convenient and cost-effective approach. Host-induced gene silencing (HIGS) has been demonstrated to be an alternative strategy to engineer fungus resistance in plants. We have generated transgenic soybean lines with an intron-hairpin construction in order to express siRNA corresponding to the CYP51B gene from Fusarium oxysporum. Results showed the presence of siRNA corresponding to the F. oxysporum CYP51B gene in both leaves and roots of the transgenic lines. Plants (T₃ generation) were challenged against F. oxysporum and F. graminearum. Disease severity was evaluated and revealed resistance to F. oxysporum with one line, named 3.22, presenting no symptoms. In addition, transgenic lines presented better plant development (height and root growth) when compared to the nontransgenic line. Moreover, transgenic lines revealed better development when inoculated with F. oxysporum.     

Turnip crinkle virus with nonviral gene cancels the effect of silencing suppressors of P19 and 2b in Arabidopsis thaliana

In plants, green fluorescent protein (GFP) has become a preferred molecular marker for gene expression and cellular localization, and plant viral vectors are valuable tools for heterologous gene expression. Some plant viruses have been used for expression of GFP, and the activities of these viruses are barely affected by the extra GFP gene. In contrast, the packaging and the length of Turnip crinkle virus (TCV) genome is strictly limited when foreign genes are inserted into the coding sequences of TCV genome. In this report, we removed the silencing suppressor p38 from TCV, and constructed GFP derivatives of TCV. Then the resulting TCV mutants were used to infect Arabidopsis plants containing mutations in key silencing pathway genes, including triple dcl2/dcl3/dcl4, dcl2, dcl4 and ago mutant plants. Our results demonstrate that the activity of TCV is affected by nonviral GFP insert in Arabidopsis plants, and RNA silencing appears not play an important role. AGOs appear to be more efficient at slicing RNAs of viral origin, especially AGO2 and AGO7. Although the viral suppressors of RNA silencing (VSRs) P19 and 2b can enhance the accumulation of viral RNAs, neither P19 nor 2b can significantly increase the expression of TCV mutants with nonviral genes. TCV is an example of an RNA virus that is recalcitrant to add nonviral gene sequences.     

基因芯片技术及其在植物病害研究中的应用

基因芯片即DNA系列 (DNAmicroarray) ,主要包括cDNA微列阵与寡聚核苷酸微列阵两种类型。基因芯片技术即DNA微列阵技术是近年来在生命科学技术领域中 ,迅速发展起来的一项探索基因组功能的高新技术。本文简要综述了基因芯片、表达谱芯片技术的概念、原理、分类和制作方法 ,以及基因芯片技术在植物病害研究中的应用前景     

真菌源几丁质酶在植物抗真菌病害中的应用

几丁质酶可以降解大多数真菌细胞壁,阻止或中断真菌在植物体内的侵染、定殖和扩展,在抗真菌病害的研究方面受到广泛关注。本文综述了真菌源几丁质酶的特性,对真菌的抑制作用机制,转几丁质酶基因植株的抗性评价,产几丁质酶菌株和相关制剂在生物防治方面的应用,并对其在生产上的发展前景进行了展望。     

Validation of RNA interference in western corn rootworm Diabrotica virgifera virgifera LeConte (Coleoptera: Chrysomelidae) adults

BACKGROUND: RNA interference (RNAi) is commonly used in insect functional genomics studies and usually involves direct injection of double‐stranded RNA (dsRNA). Only a few studies have involved exposure to dsRNAs through feeding. For western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera) larvae, ingestion of dsRNA designed from the housekeeping gene, vacuolar ATPase (vATPase) triggers RNAi causing growth inhibition and mortality; however, the effect of dsRNA feeding on adults has not been examined. In this research, WCR adults were fed with vATPase‐dsRNA‐treated artificial diet containing a cucurbitacin bait, which is a proven feeding stimulant for chrysomelid beetles of the subtribe Diabroticina to which rootworms belong. RESULTS: Real‐time PCR confirmed suppression of vATPase expression and western blot analysis indicated reduced signal of a protein that cross‐reacted with a vATPase polyclonal antiserum in WCR adults exposed to artificial diet treated with dsRNA and cucurbitacin bait. Continuous feeding on cucurbitacin and dsRNA‐treated artificial diet resulted in more than 95% adult mortality within 2 weeks while mortality in control treatments never exceeded 20%. CONCLUSIONS: This research clearly demonstrates the effect of RNAi on WCR adults that have been exposed to dsRNA by feeding and establishes a tool to screen dsRNAs of potential target genes in adults. This technique may serve as an alternative to target screening of larvae which are difficult to maintain on artificial diets. Copyright © 2011 Society of Chemical Industry     

RNA干扰及其在水稻抗病毒基因工程中的应用

RNA干扰(RNA interference,RNAi)是一种基因沉默机制。RNAi作为新兴的基因阻断技术具有明显的优势,已被广泛应用到动植物功能基因组和植物抗病研究中。在抗病毒研究中,人为地将与病毒或宿主基因同源的双链RNA分子导入转基因植株,引起与其同源的基因发生沉默,达到抗病毒的作用。本文主要综述了RNA干扰的相关知识以及在水稻抗病毒基因工程研究中的应用进展。