病毒诱导的基因沉默体系及小麦SBEIIb基因功能的研究

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VIGS(virus induced gene silencing,VIGS)技术是一种RNA介导的植物防御机制,是指携带目的基因片段的载体病毒进入植物后,可诱导植物内源基因沉默,其分子基础可能是转录后基因沉默PTGS(post-transcript gene silence,PTGS)。VIGS被视为研究植物基因功能的强有力工具。大麦条纹花叶病毒(barley stripe mosaic virus,BSMV),由于其寄主范围广而成为单子叶植物优良的载体,为小麦基因功能的研究提供了有效的工具。为了给以后利用VIGS技术开展小麦淀粉合成酶基因功能的研究提供理论依据和技术指导,本研究选择小麦PDS(Phytoene Desaturase)基因与淀粉合成关系较密切的SBEIIb(Starch-branching enzyme IIb)基因为靶基因,以PDS基因为指示基因,分别构建目的基因片段的BSMV-VIGS载体,接种在小麦叶片和幼穗上,在不同温度条件、接种方法、接种量的处理下,诱发植物发生基因沉默,并对其进行定性定量分析,建立小麦穗部相对最优的VIGS体系,并利用该体系进行了SBEIIb基因功能的初步研究。  本研究主要内容包括:⑴克隆了小麦PDS基因片段和SBEIIb基因片段,并构建其VIGS重组载体。⑵选择注射法和摩擦法分别侵染抽穗期的小麦穗部,结果发现,采用两种方法接种的植株均在5-8 dpi(days post infection)出现明显的光漂白现象,在15 dpi光漂白现象明显扩大,在23-26 dpi光漂白程度最大。采用注射法接种的侵染成功率只有20%,而摩擦法接种的侵染成功率为90%。接种旗叶的表型变化与接种穗部的相似。由于基因沉默延迟,在接种旗叶20 dpi左右,穗部才观察到光漂白现象。采用摩擦法接种小麦幼穗后,放在21-24℃和26-29℃的不同温度下培养。结果发现,在两个环境中培养的植株病毒侵染成功率均在90%左右。在26-29℃较高温度下,病毒发展过快,症状过重,掩盖了基因沉默的光漂白表型,并且发生了其他的严重病害,影响了接种材料表型观察及分子检测。此外,在26-29℃环境下的植株还表现出灌浆不充分和不能结实的现象。接种次数对VIGS诱导基因沉默的影响只是提高了接种成功率,其他并无明显变化。因此,选择摩擦法接种小麦穗部,在21-24℃培养更优。⑶选取出现光漂白植株的小穗及相应时期的对照组进行色素含量测定及 PDS基因相对表达量的测定。结果显示,叶绿素a及类胡萝卜素的含量均在20 dpi分别下降83.6%和91.4%。叶绿素b的含量在12-20 dpi减少超过60%。在20 dpi前后,叶绿素总含量减少80.5%。在接种后3 d PDS基因相对表达量下降了50%左右,在第9-20 dpi,维持在一个相对较低的水平(约10%),在25 dpi之后有所上升。说明叶绿素含量的降低是由PDS基因沉默引起的。⑷在小麦抽穗期,将携带SBEⅡb的BSMV侵染小麦,在接种后第6,9,12,15和20 d分别提取总RNA,进行实时荧光定量PCR检测。结果显示,与对照相比,SBEⅡb基因相对表达量在6 dpi出现明显下降,其含量仅为对照组的49%,到12 dpi相应值下降为43.8%,到20 dpi SBEⅡb基因的相对表达量仅为对照组的5%左右。直链淀粉和抗性淀粉含量测定的结果表明,籽粒直链淀粉含量增加了10.21%,抗性淀粉含量增加了11.45%。说明SBEⅡb基因被有效的沉默了,且该载体所沉默的基因引起了小麦直链淀粉的变化,但均没有达到显著水平。
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