生命學院劉玉樂實驗室研發(fā)了可快速高效研究玉米基因功能的病毒誘導的基因沉默系統(tǒng)
病毒誘導的基因沉默（virus-induced gene silencing，VIGS）是一種基于植物體內(nèi)RNA介導的抗病毒防御機制發(fā)展起來的技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于植物基因功能的研究以及功能基因的篩選鑒定中。玉米是一種重要的經(jīng)濟作物和模式植物，目前已獲得多個玉米株系的全基因組序列， 但由于目前研究技術(shù)手段的局限，對其基因功能的研究及開發(fā)相對滯后，急需開發(fā)快速有效的工具（例如VIGS）用于基因功能研究。
2021年9月21日，清華大學劉玉樂實驗室在《植物生理學》（Plant Physiology）期刊在線發(fā)表題為“高效高通量的基于假重組嵌合黃瓜花葉病毒的病毒誘導的玉米基因沉默系統(tǒng)”（Efficient and high-throughput pseudorecombinant-chimeric Cucumber mosaic virus-based VIGS in maize）的研究論文，報道了一種基于假重組嵌合黃瓜花葉病毒開發(fā)的VIGS系統(tǒng)，可在玉米整個生長期內(nèi)實現(xiàn)目的基因的高效沉默。
劉玉樂實驗室以兩種侵染玉米的黃瓜花葉病毒（CMV）為基礎(chǔ)，通過體外假重組及構(gòu)建嵌合體病毒，首先獲得了一種假重組嵌合CMV（Pr CMV），該病毒既可高效侵染玉米植株又不造成嚴重的病癥，進而用于VIGS載體的開發(fā)。利用Pr CMV介導的VIGS系統(tǒng)，成功下調(diào)玉米IspH基因表達（圖1）。病毒接種第5天，即可觀察到明顯的基因沉默表型；基因沉默可持續(xù)整個玉米生長周期（大于105天）。該玉米VIGS系統(tǒng)操作方法簡單，不依賴于專門設(shè)備，在植株內(nèi)可快速且高效地實現(xiàn)目的基因的沉默，且基因沉默持續(xù)時間長，適用于玉米整個生長周期內(nèi)基因功能的研究。此外，利用不依賴于連接酶的克隆技術(shù)（LIC）改造的該 VIGS系統(tǒng)，極大地降低了基因克隆的時間和成本，可大規(guī)模進行植物基因功能組學研究。該研究第一次同時利用假重組和構(gòu)建嵌合體的方法進行VIGS系統(tǒng)的開發(fā)，為之后VIGS技術(shù)的發(fā)展提供了一種新策略。
清華大學生命科學學院李煥改博士和張丹鳳博士為論文共同第一作者，劉玉樂教授為論文的通訊作者。課題組王燕博士，北京科技大學謝科博士，浙江理工大學廖乾生博士以及杭州師范大學洪益國教授對本研究也做出了貢獻。
論文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab443/6373379
圖1 Pr CMV系統(tǒng)沉默玉米ZmIspH基因的分析示意圖
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