病毒诱导的基因沉默

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1、病毒诱导的基因沉默摘要:病毒诱导基因沉默（Virusinducedgenesilencing,VIGS）是近年发现的一种转录后基因沉默的现象，是快速鉴定植物基因功能的一种反向遗传学新技术，近年来成为植物基因功能研究的有力工具。文章从病毒诱导基因沉默的发现、类型、作用机制、优势及不足、影响条件及对发展前景的展望等方面进行了综述。关键词:病毒诱导的基因沉默；机制；应用；基因功能因功能RNA介导的基因沉默(RNA-mediatedgenesilencing)是一种通过核酸序列特异性的相互作用来抑制基因表达的调控机制，它广

2、泛存在于各种生物中,在植物中称为转录后基因沉默(post-transcriptionalgenesilencing,PTGS)[1]。病毒诱导的基因沉默(Virusinducedgenesilencing,VIGS)属于转录后的基因沉默，指携带植物功能基因cDNA片段的重组病毒，在侵染植物体后诱导植物发生基因沉默而出现表型突变，可以通过植物表型或生理指标上的变化来反映该基因的功能.VIGS是20世纪90年代新兴的一种技术，发展迅速，已广泛应用于生物学诸多领域的研究。1VIGS的建立与发展VIGS一词最早出现于van

3、Kammen[2]对病毒侵染后产生的回复现象的描述，现已成为描述应用重组病毒抑制内源基因表达的专门词汇[3]。最早的VIGS体系采用的病毒载体是典型的RNA病毒。1995年，Kumagai等人[4]在烟草花叶病毒(Tobaccomosaicvirus，TMV)上插入了一段八氢番茄红素脱氢酶(phytoenedesaturase，PDS)cDNA片段，当TMV重组病毒侵染烟草后，侵染植物的叶片变成白色，研究表明被感染植株产生的白化效应是因为PDSmRNA水平显著降低引起的。PDS是类胡萝卜素合成途径中的一个关键酶，而

4、类胡萝卜素在植物中具有光保护的作用，类胡萝卜素合成途径被阻断导致植物光保护功能的丧失，从而引起白化效应。1998年，Baulcombe研究组[5]在马铃薯X病毒(PotatoXvirus，PVX)基因组上同样插入了一段PDScDNA，重组病毒侵染植物后也出现了失去光保护作用的白化效应,由此他们提出VIGS可以有效地抑制植物内源基因的表达,从而可以利用病毒载体进行未知基因的功能鉴定。2001年，Baulcombe研究组[6]又报道了以烟草脆裂病毒(Tobaccorattlevirus，TRV)为载体的VIGS体系，发

5、现无论在抑制转基因还是内源基因的表达上，TRV载体诱导基因沉默的效率和持久性都优于PVX载体，TRV本身产生的症状也轻于PVX。目前，TRV病毒载体已在番茄(Solanumlycopersicum)、烟草(Nicotinaspp.)、矮牵牛(Petuniahybrida)、辣椒(Capsicumspp.)、拟南芥和棉花(Gossypiumspp.)等多种植物上被广泛应用。1998年,Robertson研究组[6]利用双生病毒科的番茄金色花叶病毒(Tomatogoldenmosaicvirus,TGMV)初步建立了以

6、DNA病毒诱导的基因沉默来研究植物基因组功能的体系。利用TGMV的DNA-A为载体在本氏烟上先后成功诱导了镁离子螯合酶的关键基因Su(Sulfur)和转荧光蛋白基因(luc)发生沉默，从而在叶片上出现黄色突变表型和转luc基因植株不再发出荧光。随后,非洲木薯花叶病毒(Africancassavamosaicvirus,ACMV)和棉花皱缩病毒(Cottonleafcrumplevirus,CLCrV)载体相继在木薯和棉花中得到成功应用,这可能将极大地促进木薯和棉花的功能基因研究[7,8]。继RNA病毒和DNA病毒作

7、为载体的VIGS体系之后，Gossele等人[9]又发展了一种基于卫星病毒的VIGS体系,他们对伴随TMVU2的卫星病毒(STMV)基因组进行了改造,使其具有插入外源片段的能力，通过在烟草上对PDS等13个植物内源基因的测试结果表明，STMV载体能够有效抑制这些基因的表达并呈现明显的表型突变。由于卫星病毒的基因组具有在植物中复制水平高以及本身基因组小，且在实验中容易操作等特点，使其成为一种优良的候选沉默载体。2VIGS的作用机制基因沉默在生物中普遍存在，其作用表现在抵御病毒、转座子等外来核酸的入侵，识别并抑制外源基

8、因表达，维持生物基因组稳定性等（Baulcombe，2004）。VIGS作为基因沉默的特殊形式，是植物抗病毒侵染的一种自然机制。当病毒或携带cDNA的病毒载体侵染植物后，在复制与表达过程中通常会形成双链RNA（DoublestrandedRNA，dsRNA）形式的中间体。dsRNA作为基因沉默关键激发子，首先在细胞中被类似RNaseⅢ家族特异性核酸内切酶Di