基于宿主诱导的基因沉默技术创制抗拟轮枝镰孢玉米自交系

【目的】拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioide)是一种主要的病原真菌,侵染玉米可以导致穗粒腐病、茎腐病、苗期根腐病及引起种子腐烂。由拟轮枝镰孢引起的病害不仅影响玉米的产量和品质,而且其病原菌代谢过程中产生的伏马菌素等多种真菌毒素严重威胁了人畜安全。通过宿主诱导的基因沉默(host-induced gene silencing,HIGS)技术创制抗拟轮枝镰孢的玉米种质,为玉米抗病育种提供新的优异抗源。【方法】通过同源克隆方法克隆可能与拟轮枝镰孢生长发育相关的关键基因,并通过体外转录获得相应的dsRNA片段;将不同基因的dsRNA与拟轮枝镰孢的分生孢子悬浮液预混后,用于后续的体外RNA沉默试验;对感病玉米自交系西502的种子进行消毒与接种,在培养皿中28℃避光培养48 h,调查种子的发病程度;在混有dsRNA的孢子悬浮液中加入葡萄糖,25℃培养24 h后,在显微镜下观察孢子萌发与菌丝生长情况;将三叶期的西502幼苗转移至预混dsRNA的孢子悬浮液中进行培养,7 d后观察苗期根腐病发病状况;通过种子鉴定与苗期鉴定体系,逐步筛选具有显著抑制效果的沉默靶标基因;合成筛选出的重点靶标基因片段,构建沉默载体并转化感病玉米自交系西502;对转基因株系的种子接种鉴定,验证转化玉米株系的抗性;提取接种后转基因种子的总RNA,对拟轮枝镰孢的靶标基因进行荧光定量分析,确定HIGS株系的沉默效果。【结果】从拟轮枝镰孢中克隆出18个与其生长发育相关的候选基因;通过种子接种鉴定,发现11个候选基因被沉默后,种子的发病等级极显著降低;进一步筛选出6个沉默后影响拟轮枝镰孢的孢子萌发和菌丝生长的候选靶标基因deo、Ras2、Dpdc、Hsp90、Frp1和Atg15;通过苗期接种鉴定,最后筛选出3个在体外具有显著抑制效果的沉默靶标基因deo、Atg15和Frp1;进而将3个靶标基因的特异区段人工融合成一段序列并构建沉默载体,获得转基因植株;鉴定发现转基因植株的T2代种子对拟轮枝镰孢的抗性显著增强,且3个靶标基因的表达量均显著下降。【结论】拟轮枝镰孢基因deo、Atg15、Frp1与其生长发育密切相关,且沉默后能够显著提升玉米对拟轮枝镰孢的抗性。

植物RNA沉默抗病机制与应用研究进展

RNA沉默是真核生物基因表达调控的保守机制,在植物生长发育以及响应生物和非生物胁迫过程中发挥着非常重要的作用。跨界RNA沉默与种间RNA沉默为开发基于RNA沉默的作物病害防控体系提供了理论基础。本文概括了植物RNA沉默保守途径,归纳了RNA沉默在植物-病原互作研究中的代表性研究,阐述了基于RNA沉默开发的宿主诱导基因沉默、喷施诱导基因沉默和微生物诱导基因沉默技术的原理,以及应用研究现状,以期为开发基于RNA沉默的新型作物病害防控技术提供参考。

宿主诱导的基因沉默在菌核病防治中的应用研究进展

核盘菌是一种全球性的破坏性植物病原真菌,其引起的菌核病造成了油菜等作物的严重减产。目前核盘菌病害防控主要依赖化学杀菌剂,过度施用不仅容易造成环境污染而且会增加致病真菌的抗药性。然而,基于RNAi的宿主诱导基因沉默(HIGS)技术提供了一种新型有效且环境友好的菌核病防治方法。因此,笔者重点阐述了HIGS技术的基本原理、潜在靶标的筛选方法以及该技术在菌核病防治中的实际应用研究进展,讨论了应用HIGS技术防治菌核病的优缺点并对该技术的未来发展进行了展望。

基因沉默技术在抗真菌病害中的应用和展望

真菌病害严重威胁作物的产量和品质,给国家和人民造成巨大的经济损失。尤其是引起维管束病害的土传真菌,化学农药的作用效果很不理想。利用抗性基因进行遗传育种是目前生物防治的重要手段之一,但对于缺乏抗性资源的物种,面对强大的土壤真菌病害,研究者也时常束手无策。近年来,利用RNA干扰技术发展而来的宿主诱导的基因沉默(Host induced gene silencing,HIGS)策略,在抗病虫害领域逐渐崭露头角,但由于真菌侵染的复杂多样性及土壤传播的特性,HIGS在土壤真菌病害中的应用充满神秘和挑战。本研究室近期揭示了棉花黄萎病(一种严重的土壤真菌病害)的"罪魁祸首"——大丽轮枝菌的侵染结构和侵染过程;并首次证明了宿主植物内源小RNA能够跨界进入病原菌细胞中降解致病基因表达的抗病作用;在此基础上,本研究室利用HIGS在棉花上获得了对黄萎病抗性较高的品系,成功地开辟了抗土壤黄萎真菌病害的新天地,研究结果显示出基因沉默技术在这一领域强大的应用潜力和前景。