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病毒诱导的基因沉默(virus-induee.gen.sileneing,VIGS)是近年来发展出的一种研究植物基因组功能的强有力的研究工具。病毒载体通过携带一段植物同源功能基因cDNA,侵染植物后诱导植物内源功能基因发生沉默,从而在植物的表型突变或生理指标上反映该基因的功能。黄瓜花叶病毒(Cucumbe.Mosai.Vrus,CMV)是典型的三分体单链正义RNA病毒。基于该病毒具有寄主范围广、复制水平高、基因组简单等优点,本研究试图从外源基因插入的位点及其插入片段的长度两个方面分析CMV作为VIGS载体的分子特性。
CM.2b蛋白是最早被证实的转录后基因沉默抑制子之一。2b基因的缺失或不表达使得CMV的致病性显著降低,但并不影响突变体在烟草等寄主上的系统移动。为此,本论文首先将Fny-CMV的2b基因序列替换为本生烟八氢番茄红素脱氢酶(phytoen.desaturase,PDS)基因片段,构建重组病毒Fny-CMVA2b-PDS353。该重组病毒在侵染本生烟后5-7天,寄主顶端新叶开始出现光漂白表型,在接种后第14天,光漂白程度最为显著。这说明该重组病毒确实诱导寄主PDS的沉默,这就是典型的VIGS现象。测序结果表明该重组病毒能够稳定遗传。为了分析外源基因的不同插入位点对沉默效率的影响,我们在RNA第2564至2571位置插入该353b.PDS片段,构建了重组病毒Friy-CMV2546-PDS353。Fny-CMV2546-PDS353侵染本生烟后,本生烟叶片出现与Fny-CMV△2b-PDS353相似的光漂白现象,其光漂白程度也基本相近。但是,该重组病毒转接至第4代后,Frry-CMV2546-PDS353所引发的光漂白现象明显弱于Fny-CMV△2b-PDS353。经稳定性分析后发现重组病毒中说插入的353b.PDS序列在其中部发生171bp碱基的缺失,这很可能是光漂白现象减弱的根本原因。基于稳定性和光漂白效果的比较结果,我们选择Frry-CMV2546-PDS353作为骨架用于后续不同PDS片段长度的研究。
为了分析外源插入片段的长度与病毒诱导基因沉默效率的关系,我们选取1030bp、750bp、519bp、219bp、104bp长度的PDS基因cDNA片段,替换Fny-CMV△2b-PDS353病毒中353bp大小的PDS序列,构建产生重组体Fny-CMV△2b-PDS1030、Fny-CMV△2b-PDS750、Fny-CMVA2b-PDS518、Fny-CMV△2b-PDS219、Fny-CMV△2b-PDS104。我们发现Fny-CMV△2b-PDS104只引起很弱的光漂白表型,而且漂白位点稀少。Fny-CMV△2b-PDS219引起较弱的光漂白,漂白位点零散和不均匀。Fny-CMV△2b-PDS1030、Fny-CMV△2b-PDS750、Fny-CMV△2b-PDS518与Fny-CMV△2b-PDS353在病毒侵染中期,均导致本生烟出现明显的光漂白现象。其中,Fny-CMV△2b-PDS518所引起的光漂白现象最为强烈。以上5个重组病毒转接2代后,测序结果显示:Fny-CMV△2b-PDS518、Fny-CMV△2b-PDS219和Fny-CMV△2b-PDS104均能稳定遗传;然而,Fny-CMV△2b-PDS1030和Fny-CMV△2b-PDS750二者出现严重的PDS片段缺失。这说明外源插入片段在750bp以上不能稳定遗传,很可能影响重组基因组的包被和长距离运输。
最后通过Northen杂交分析系统叶的病毒积累量、PD.mRNA积累量。发现基因沉默效果与病毒载体的积累量关系不明显。内源PD.mRNA未被检测到,可以检测到插入PDScDNA片段的病毒RNA2,并且其果与PDS插入片段长度存在一定关系。