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RNA沉默在分析植物基因功能方面的研究
作者:牛颜冰等 来源:生物秀 时间:2007-7-17

    他们将中国番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl China virus, TYLCCNV)伴随的新型DNA卫星分子(DNAβ)的βC1基因(βC1基因对于致病是必需的,但对于DNAβ的复制却并非必需)进行缺失和引入多克隆位点(multiple cloning sites,MCS),改造成一种卫星DNA 载体,将外源片段引入多克隆位点,利用βC1 的启动子和终止子进行转录和表达。对DNAβ 载体的测试表明,该载体既可以抑制转基因GFP 的表达,也可以抑制内源基因,如八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase,PDS)和镁离子螯合酶的关键基因Su(Sulfur)的表达;虽然辅助病毒TYLCCNV 并不侵染分生组织,但是它也同样可以诱导分生组织特异性表达的增殖性细胞核抗原基因(proliferating cell nuclear antigene,PCNA)发生沉默;该卫星DNA 载体还可以同时抑制两个基因的表达。改造的卫星DNA沉默载体本身在植物中并不产生任何的症状,因此,在最大程度上减少了对 VIGS 沉默表型的干扰效应。DNA 卫星载体具有一切卫星分子的特点,从诱导基因沉默的效果和持久性来看,以DNA卫星分子诱导的基因沉默是一种非常有前景的VIGS 体系。

    1.6.RNA沉默载体中引起有效沉默的外源片段的长度
    Waterhouse 等[3]认为hpRNA结构中正义和反义臂的长度为98 bp~853 bp 时,能引起植物发生RNA 沉默。Thomas 等[13]发现对于转基因绿色荧光蛋白 (GFP)来说,诱导基因沉默的最小插入片段可小至 23bp,再小的片段就不能诱发RNA 沉默;但对于植物内源功能基因来说,在PVX 载体上插入33 bp 的片段,才可以诱发八氢番茄红素脱氢酶基因 (PDS)发生沉默,并且具有区域与位置效应,同样是33 bp,在基因的中心区可以沉默,在其他区则不能,有些甚至插入52 bp 也不能诱发基因沉默。插入片段的方向对沉默也有影响,对于转基因和内源基因,反向插入比正向插入更容易引起基因沉默。


    2.1RNA沉默介导的转基因分析基因功能
    沉默效率高、强度大的载体,高产量RNA 沉默载体,RNA沉默目标特定性载体和特定植物RNA 沉默载体均可通过转基因的方法来分析能进行遗传转化植物中的基因的功能,如最近Rohr 等[14]将两个基因融合后构建成反向重复导入植物后同时沉默了两个内源基因,产生了两个基因的突变表型。

    2.2RNA沉默介导的非转基因分析基因功能
    转基因的方法不适于分析许多不能或很难进行遗传转化的植物,如小麦、大豆等中的基因的功能。而病毒介导的RNA 沉默和瞬时RNA 沉默则能克服RNA 沉默应用的这一局限,拓宽了RNA 沉默分析基因功能的应用范围。

    2.2.1病毒介导的RNA沉默分析基因功能 
    许多植物病毒,如马铃薯X 病毒(PVX)、烟草脆裂病毒 (TRV)和大麦条纹花叶病毒(BSMV)等均已被改造成 VIGS 载体,在建立起寄主和病毒相互作用的条件后,VIGS 有用于包括难于转化的植物中基因功能研究的潜能。然而,有些情况下,植物与病毒的相互作用造成了沉默状态和沉默强度的差异,如植物分生组织中不存在沉默信号[15]、病毒通常含有沉默抑制蛋白等 [16],这些给VIGS 分析基因的功能带来了困难。不过幸运的是Ratcliff 等[17]发现TRV 载体尽管不使分生组织发病,但却能在植物的分生组织中诱发基因沉默,Tao 和Zhou 等[12]也发现辅助病毒TYLCCNV 虽然不侵染分生组织,但它也同样可以诱导分生组织特异性表达的PCNA 发生沉默。因此,只要选择好合适的病毒(如TRV、DNA 卫星), VIGS 就可成功应用于基因功能的分析。

    2.2.2瞬时RNA 沉默分析基因功能 
    Azevedo 等[18] 将hpRNA结构在大麦中瞬时表达,研究了来源于病源的抗性。牛颜冰等[19] 也发现,瞬时表达CMVΔRep 病毒和ToMV-mp dsRNA的烟草能阻止相关病毒的侵染。Bezanilla 等[20]则进一步证实,瞬时沉默一般可持续8 天时间,这一时间足以用来观察生态学的发展过程。基于农杆菌或病毒介导的对RNA沉默的瞬时诱导依赖于核苷酸的侵染性,所以丢失功能的表型如果能仅仅发生在单细胞水平上,那么对 RNA沉默的瞬时诱导将不失为一个快速分析基因功能的方法。同时瞬时RNA沉默也可用于难以遗传转化植物(如蕨类)等中的基因功能的研究,具体方法是将含有dsRNA的萌芽培养基与蕨类温育造成蕨类待试基因的胚芽发生RNA 沉默[21]。

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