利用基因编辑技术增强葡萄对GLRaV-3抗性的研究

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葡萄卷叶病毒3(grapevine leafroll-associated virus 3,GLRaV-3),在葡萄卷叶病毒中,被认为是在全世界范围内造成经济损失最严重的葡萄病毒,而葡萄抗病毒育种方面的研究非常有限。本研究前期对酿酒品种‘赤霞珠’上的GLRaV-3-SHX进行了全基因组测序。本研究在其保守区域序列(ORF4-8)上,分别设计了CRISPR/FnCas9和Lsh Cas13a的sgRNA和crRNA,利用优化的农杆菌介导的葡萄整株瞬时转化体系,确定了Cas基因的高表达时期,并研究了不同载体的抗病毒效果。通过进一步分析,比较了两种CRISPR系统的抑制病毒效率。主要结果如下:(1)在酿酒品种‘赤霞珠’上建立了高效的农杆菌介导的葡萄整株瞬时转化体系。实验结果表明,最佳瞬转体系为:菌液浓度OD600=1.0,菌液pH值为5.8,外源添加AS浓度为200μM,真空抽取每次20 min,复苏5 min,共三次,压强为0.8 MPa。GUS染色后,在酿酒品种‘赤霞珠’和鲜食品种‘巨峰’上的染色明显且均匀,叶片和根部均有表达。(2)利用CRISPR/FnCas9和Lsh Cas13a系统,有效抑制了GLRaV-3的复制和积累。定量结果表明,Cas基因的表达高峰位于5 dpi。基于两种系统以及优化的瞬时转化体系,建立了有效的载体筛选体系。相比于对照组,处理组的病毒积累量显著下降,感病症状明显减轻。最终确定了降低病毒表达量最有效的三个载体:pCR01-CP,pCR11-Hsp70h,pCR11-CP,可用于抗病毒种质资源的培育。(3)FnCas9通过与病毒RNA结合来抑制病毒的复制和积累。FnCas9的表达量与病毒积累量之间为显著负相关,相关系数绝对值为0.3≤|r|=0.499<0.5,视为低度相关。LshCas13a的表达量与病毒积累量之间为极显著负相关,相关系数绝对值为0.5≤|r|=0.572<0.8,视为中度相关。定量结果表明,Lsh Cas13a对病毒的抑制效率显著高于FnCas9。
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