中国番茄黄化曲叶病毒(TYLCCNV)致病分子机理及其卫星DNA诱导的基因沉默研究

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双生病毒是一类世界范围内广泛发生的单链环状DNA病毒,已在多种重要经济作物上引起严重危害。在我国云南、广西等地的烟草、番茄和黄瓜等作物上也相继发现了多种双生病毒。本论文对云南红河地区的双生病毒Y10分离物基因组结构、功能和致病机制进行了研究。 对Y10分离物DNA-A全长基因组的克隆和序列测定表明DNA-A全长2737bp,其基因组结构属于典型的旧世界双生病毒,全序列比较发现Y10 DNA-A与中国番茄黄化曲叶病毒(TYLCCNV)同源性达到89%以上,表明该病毒是TYLCCNV的一个分离物(TYLCCNV-Y10)。在TYLCCNV-Y10分离物中没有发现DNA-B组分,但是在该分离物中发现了一种新型的卫星DNAβ分子。序列测定表明TYLCCNV-Y10 DNAβ全长1336bp,Y10 DNAβ与DNA-A之间几乎没有同源性,与其它TYLCCNV的DNAβ同源性较高,而与不同种双生病毒的DNAβ同源性较低。在鉴定TYLCCNV-Y10 DNA-A和DNAβ基础上,进一步对田间样品进行检测表明,25个TYLCCNV分离物中都伴随有DNAβ。 为了研究TYLCCNV DNA-A和DNAβ在致病中的作用,对TYLCCNV-Y10 DNA-A和DNAβ的侵染性克隆进行了构建,侵染性测定表明TYLCCNV-Y10 DNA-A单独可以侵染本氏烟、三生烟、心叶烟、番茄和矮牵牛,但不能产生任何症状,只有与TYLCCNV-Y10 DNAβ共同侵染时才能诱导产生叶片卷曲、叶脉增厚、耳突增生和植株严重矮化等典型的病害症状。Southern印迹检测表明,TYLCCNV-Y10 DNAβ可以显著地增强DNA-A在植物中的积累水平,对整个发病过程的TAS-ELISA检测发现DNAβ可以迅速地提高病毒积累量。叶盘法检测表明,DNAβ不能进行自我复制,它必须依赖于DNA-A进行复制。DNAβ包裹在DNA-A编码的外壳蛋白中,并且可以被烟粉虱传播。因此,TYLCCNV DNA-A与DNAβ是一种相互依赖的关系。 对TYLCCNV-Y10 DNAβ上的βC1基因、富含A区和共同区依次进行了功能鉴定。βC1基因突变后不再诱导产生典型的病害症状,表明βC1是一个重要致病因子,但Southern印迹杂交表明βC1突变后依然能够在植物中稳定复制,因此βC1对于TYLCCNV-Y10诱导典型的病害症状是必需的,但它对于DNAβ本身的复制却并不是必需的。对A-Rich区进行缺失突变发现,A-Rich区缺失突变后依然能够在植物中进行复制和系统移动,表明A-Rich区对于DNAβ的复制并不是必需的;免疫捕获PCR检测表明,A-Rich区缺失的DNAβ依然能够包裹在DNA-A编码的外壳蛋白之中,因此A-Rich区并不能决定DNAβ的包裹。对DNAβ上115bp高度保守区和上游一些相对保守的5碱基序列(GGN1N2N3)结构域与外源片段融合后进行复制相关鉴定发现,115bp的高度保守区足以支持DNAp的复制,而上游的一些序列对于DNAp的复制并不是必需的。 在发现TYLccNv DNAp的基础上,我们进一步在田间样品中发现了TYLccNV ONA一A与DNAp的重组分子(RecDNA一Ap),并对其进行了致病性研究。通过对TYLCCNV-YIO Rec0NA一Ap分子全长基因组的克隆和结构分析表明,RecDNA一Ap分子大小与DNAp类似,在基因组结构上含有三个共同的结构:DNA一A的共同区、DNAp的那I基因和A一Rich区.进一步对采自云南烟草、番茄和稀硷的25个TYLCCNV分离物的检测表明,其中有6个TYLCCNV分离物中含有ReeDNA一Ap分子。对TYLCCNV-Y 10 ReeDNA一Ap分子的侵染性测定表明,ReeDNA一Ap和DNAp分子一样都能够在烟草、番茄和矮牵牛上诱导产生典型的病害症状,在植物中能稳定复制,并且能够被DNA一A编码的外壳蛋白所包裹,因此RecDNA一 Ap分子在田间也具有引起病害和导致病害流行的能力。 在植物中,病毒诱导的基因沉默(virus indueed gene sileneing,VIGS)是近年来发展出的一种研究植物基因组功能的强有力的研究工具,病毒载体通过携带一段植物同源功能基因cONA,侵染植物后诱导植物内源功能基因发生沉默,从而在植物的表型突变或生理指标上反映该基因的功能。在当前植物全长基因组序列或序列表达标签(ExPressed sequence tags,EsT)大量测定的情况下,VIGS为研究植物基因组的功能提供了强有力的研究手段。到目前为止,己经建立了以RNA病毒、DNA病毒和卫星RNA病毒为载体的vIGS体系。我们在克隆TYLCCNV-Y10 ONAp的基础上对那I进行了缺失、并引入多克隆位点,构建了一种新型的卫星ONAmp沉默载体,该卫星DNAmp载体既可以抑制转基因GFP的表达,也可以抑制内源基因尸刀S和Su的表达,产生明显的表型突变:虽然辅助病毒TYLCCNV-Y10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尸C入兄基因发生沉默;该卫星DNAmp载体还可以同时抑制两个基因的表达;在该卫星DNAmp载体上插入17obP一1 loobP的片段都可以诱导有效的基因沉默:此外,它在所有己测定的5种寄主植物都能诱导高效的基因沉默;它还可以与多种异源双生病毒包括烟草曲顶病毒 (TbSV)、中国胜红蓟黄脉病毒(AYVCNV)和赛葵黄脉病毒(MYVV)等病毒之间建立有效的基因沉默。改造的卫星DNAmp沉默载体在植物中不产生任何的病毒症状,因此能够很容易的辨认viGs的沉默表型。近年来,begomovirus心NAp病害复合体在亚洲和非洲的棉花等多种重要经济作物上相继?
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