RNAi技术在烟粉虱基因功能和防控研究中的应用

烟粉虱(Bemisia tabaci)是一种世界性蔬菜害虫,可传播多种植物病毒,影响植物生长发育,导致蔬菜产量下降。烟粉虱的防治以化学防治为主,但过度使用杀虫剂导致烟粉虱的抗药性不断增强,绿色防控的需求日益增加。RNA干扰(RNA interference,RNAi)是一项特异性沉默靶标基因技术,广泛应用于昆虫的基因功能研究和绿色防控。通过介绍RNAi作用原理和RNAi在烟粉虱的基因功能,总结了RNAi在烟粉虱的防控应用和RNA农药的应用现状,为烟粉虱的新靶点研究和开发RNA农药进行烟粉虱防控应用提供参考。

Split-GFP双分子荧光互补技术在鸡MSTN基因RNAi检测中的应用

【目的】以Split-GFP双荧光互补技术检测鸡肌肉生长抑制素基因(MSTN)RNA干涉(RNAi)效果,并与其他常用检测方法比较,以验证Split-GFP双分子荧光互补技术在RNAi效果评估中的有效性和可行性。【方法】将合成的3个shRNA慢病毒载体(shRNA-a、shRNA-b和shRNA-c)分别转染稳定表达GFP11-MSTN融合蛋白的HEK 293TGFP11-MSTN细胞,经实时荧光定量PCR筛选出最佳shRNA慢病毒载体并包装为慢病毒,然后以慢病毒感染HEK 293TGFP11-MSTN细胞,采用潮霉素B筛选mCherry阳性(mCherry+)细胞,再以实时荧光定量PCR和Western blotting检测RNAi效果;得到的mCherry+细胞再转染pcDNA3.1(+)-GFP1-10质粒,通过荧光显微镜观察和流式细胞术评估RNAi效果。【结果】3个shRNA慢病毒载体对MSTN基因表达均有极显著的抑制作用(P<0.01,下同),其中又以Anti-MSTN shRNA-a慢病毒载体的干涉效果最佳。Anti-MSTN shRNA-a慢病毒感染HEK 293TGFP11-MSTN细胞的最适MOI=3,该条件下MSTN基因相对表达量及GFP11-MSTN融合蛋白表达量均受到抑制;得到的mCherry+细胞再转染pcDNA3.1(+)-GFP1-10质粒,荧光显微镜观察和流式细胞术检测结果表明,GFP+细胞数量明显减少,GFP+细胞百分率由31.1%降至11.5%。Split-GFP检测结果与实时荧光定量PCR及Western blotting检测结果相符,说明Anti-MSTN shRNA-a慢病毒能有效抑制GFP11-MSTN融合蛋白表达,发挥了RNAi作用。【结论】以Anti-MSTN shRNA-a慢病毒对MSTN基因的干涉效果最佳,其感染HEK 293TGFP11-MSTN细胞后MSTN基因表达极显著下调,且再转染pcDNA3.1(+)-GFP1-10质粒后细胞中的GFP+细胞百分率明显下降,与实时荧光定量PCR和Western blotting检测结果相符,证实Slipt-GFP双分子荧光互补技术是一种可靠的可视化RNAi检测方法。

家蚕RNAi效率相关核酸酶基因对RNAi效率的影响

【目的】鳞翅目(Lepidoptera)昆虫消化系统存在的核酸酶是导致RNAi低效的主要原因之一,本研究旨在探索家蚕Bombyx mori RNAi效率相关核酸酶(RNAi efficiency-related nuclease, REase)BmREase对家蚕RNAi低效的影响。【方法】利用RT-PCR对家蚕BmREase cDNA全长序列进行同源克隆和生物信息学分析,并采用最大似然法进行系统发育分析;利用qRT-PCR检测BmREase在游走期家蚕不同组织(头、表皮、脂肪体、中肠、气管、马氏管和丝腺)中的特异性表达。通过向游走期家蚕注射BmREase,家蚕蜕皮激素受体(ecdysone receptor, EcR)基因BmEcR,超气门蛋白(ultraspiracle, USP)基因BmUSP和细胞因子sp?tzle1(BmSpz1)基因BmSpz1的dsRNA进行RNAi,分析干扰BmREase表达后是否可以提高靶基因dsRNAs的干扰效率。【结果】RT-PCR扩增得到家蚕BmREase(GenBank登录号:XM_021350017.2)全长cDNA序列,其ORF长2 241 bp,编码746个氨基酸残基;生物信息学分析发现,BmREase与人核酸外切酶I 3qe9.1具有极其相似的结构,其Thr7, His33, Ala37, Arg93, Lys97, Tyr159, Asp160, Ser161和Asn174组成的活性结构域能够与核苷酸序列结合,暗示BmREase具有核酸酶活性。qRT-PCR结果显示,BmREase在家蚕游走期的中肠和马氏管中高表达,说明BmREase主要在家蚕消化系统中表达。在家蚕游走期注射dsRNA,BmREase的表达量比空白对照组的高,RNAi干扰BmREase提高了dsBmEcR, dsBmUSP和dsBmSpz1的干扰效率。【结论】家蚕体内存在与人类核酸外切酶相似功能的酶BmREase,其存在可能影响dsRNA在家蚕体内的干扰效果。本研究为利用RNAi进行家蚕基因功能的研究以及进一步开发RNAi防治害虫具有指导性意义。

miRNA对褐飞虱鞘脂质代谢基因表达的影响及沉默NlSPT1和Nl SMase4的small RNA分析

【背景】鞘脂质是第二大类膜脂,作为信号转导物质参与细胞生长发育、繁殖及凋亡等过程。鞘脂质代谢酶调控鞘脂质代谢以维持生物体内代谢的稳态。【目的】以重要水稻害虫褐飞虱(Nilaparvata lugens)为研究对象,通过RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术检测微小RNA(microRNA,miRNA)生物合成通路核心组分NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha沉默后褐飞虱鞘脂质代谢通路相关基因的相对转录水平,结合small RNA测序分析沉默丝氨酸棕榈酰转移酶1(serine palmitoyltransferase 1,SPT1)和鞘磷脂酶4(sphingomyelinase 4,SMase4)基因的差异miRNA,探究miRNA在褐飞虱鞘脂质代谢中的作用,为害虫防治提供新的分子靶标。【方法】利用RNAi技术,分别对羽化后第1天(1 PAE,post adult eclosion)的雌成虫NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha进行dsRNA注射,以ds GFP为对照;分别解剖羽化后第5天的卵巢组织,以β-actin作为内参基因,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法检测NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha沉默后鞘脂质代谢通路相关基因的表达量变化;根据已有的小RNA文库联合miRNA-靶基因预测软件对可能调控NlSPT1和NlSMase4表达的miRNA进行预测;通过small RNA测序技术对沉默NlSPT1和NlSMase4的差异miRNA进行鉴定和靶基因富集性分析。【结果】与对照组相比,沉默NlAgo1、NlDicer1或NlDrosha显著上调卵巢中NlSPT1和NlSMase4等鞘脂质代谢通路相关基因的表达;靶基因预测结果显示,有6条miRNA能与NlSPT1结合,13条miRNA能与NlSMase4结合;沉默NlSPT1和NlSMase4的差异miRNA的靶基因显著富集在细胞核和蛋白质结合等生物学过程以及内吞作用、内质网加工、MAPK信号通路、TOR信号通路、凋亡、脂质代谢等代谢通路。【结论】NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha依赖性的miRNA通过影响鞘脂质代谢相关基因的表达影响鞘脂质代谢。NlSPT1和NlSMase4沉默引起褐飞虱卵巢miRNA表达水平的改变。研究结果可为基于鞘脂质代谢基因为靶标的害虫防治提供理论依据。

RNAi技术在寄生蜂中的应用研究进展

RNA干扰技术问世至今20余年,已被广泛用于基因功能研究。膜翅目寄生蜂是农林害虫防治领域重要的天敌昆虫资源。RNAi技术对靶基因的昆虫沉默效果依赖于dsRNA的递送效率。寄生蜂幼期通过摄取寄主昆虫营养完成其生长发育,并与寄主昆虫发生相互作用,给RNAi技术的实施带来挑战。目前,RNAi技术已在丽蝇蛹集金小蜂(Nasonia vitripennis)、中红侧沟茧蜂(Microplitis mediator)、菜蛾盘绒茧蜂(Cotesia vestalis)、蝶蛹金小蜂(Pteromalus puparum)、斑痣悬茧蜂(Meteorus pulchricornis)等至少13种寄生蜂中开展。本文归纳了RNAi技术在寄生蜂基因调控方面的研究进展,并总结了在寄生蜂类群中影响RNAi效率的因素,以期为RNAi技术在寄生蜂类群中的应用提供参考。

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。

白菜雄性不育相关基因BcMF4基因功能的RNAi验证

BcMF4(Brassica campestris Male Fertility 4)是前一阶段从普通白菜(Brassica campestris ssp．chinensis var．communis,syn．B．rapa ssp．chinensis var．communis)核雄性不育两用系的可育株中分离到的雄性不育相关基因。本研究根据BcMF4基因的cDNA序列设计两对特异引物,从普通白菜花蕾cDNA中扩增出两个片断后连接至双元载体pBI121中,得到了RNAi(RNA interference)植物表达栽体pBI-B4R,并导入了农杆菌LBA4404菌株中;通过组织培养途径转化菜心(B．campestris ssp．chinensis var,parachinensis),72．2％的菜心转基因植株中45．8％的花粉为缩小而空瘪的畸形,而且这些植株的花粉离体萌发率降低至23．7％;Northern杂交显示,转基因植株的花粉畸形,是由于BcMF4基因片段的插入使BcMF4基因的表达受到了抑制。结果表明,采用RNAi技术下调了BcMF4基因的表达,导致了菜心转基因植株部分花粉的不育,证明BcMF4基因在普通白菜和菜心等白菜植物的花粉发育中起着重要作用。

RNAi技术在昆虫功能基因研究中的应用进展

RNA干扰(RNA interference,RNAi)是指外源或内源的双链RNA(dsRNA)特异性地引起基因表达沉默的现象,它作为一种有效的工具用来产生转录后沉默,从而抑制特定基因的表达,成为基因功能研究的一种新方法,除了在模式昆虫如果蝇Drosophila中广泛应用之外,也在非模式昆虫中得到成功应用。近年来,RNAi技术在导入方法和基因功能分析方面都取得了飞速发展,且与转基因技术相结合成功应用于害虫防治领域。本文综述了RNAi技术在导入方法、昆虫功能基因组功能分析及害虫防治等领域新近的研究成果,并展望了该技术的应用前景。

利用RNAi技术抑制籽粒PPO合成改良小麦面粉白度的研究

【目的】通过RNAi策略抑制小麦籽粒ppo的表达,获得籽粒PPO酶活性低、白度高的转基因小麦新种质。【方法】构建了以小麦胚乳特异表达启动子1Dx5启动子驱动的籽粒ppo的RNAi载体pBAC47P-ppoIR,利用基因枪将该载体与含bar的表达载体基因枪共转化中优9507幼胚愈伤组织,获得T0转基因植株。通过分子鉴定(PCR、Southern杂交、半定量RT-PCR、Northern杂交)、酶活筛选和白度测定等方法对转基因植株及其后代株系进行筛选。【结果】获得了27株阳性T0转基因植株。转基因植株及其后代经PCR和Southern杂交检测表明,RNAi构件已经稳定整合到T1的12个株系中。半定量RT-PCR和Northern杂交结果表明有20株T2籽粒中ppo表达水平明显低于对照。对转基因T2灌浆期籽粒进行PPO同功酶活性分析表明,有6个株系的PPO活性有所减弱。对T4籽粒的面片白度测定表明,5个株系的白度均比对照有所提高,其中2个株系效果显著。【结论】RNAi技术的表达能抑制籽粒ppo表达,降低PPO同功酶的活性,明显提高小麦面片白度,从而为小麦面粉白度的改良、品质育种提供了材料。

RNAi的发现及其在动植物上的应用前景

介绍了RNA干扰,即RNAi(RNAinterference)。分别对RNAi的发现和发生的可能机制进行了阐述,并提出了其在动植物中的应用前景。

RNAi抑制过氧化物酶基因Rsprx1表达促进萝卜花青素的积累

过氧化物酶是一类广泛存在于生物中的氧化还原酶,被认为参与植物花青素的代谢.本实验利用RNAi技术,干扰萝卜过氧化物酶基因Rsprx1表达.结果表明,RNAi干扰载体的萝卜植株中过氧化物酶基因(Rsprx1)表达被抑制,过氧化物酶活性显著降低,过氧化物酶同工酶条带减少;而花青素含量在处理第9 d达到最大值;花青苷种类和含量有较大变化:天竺葵素-3-阿魏酰葡糖苷-5-丙二酰基葡糖苷、天竺葵素-3-ρ-香豆酰二葡糖苷-5-丙二酰基葡糖苷、天竺葵素-3-阿魏酰二葡糖苷-5-丙二酰基葡糖苷和天竺葵素-3-二ρ-香豆酰二葡糖苷-5-丙二酰基葡糖苷含量升高;天竺葵素-3-二葡糖苷-5-葡糖苷、天竺葵素-3-葡糖苷-5-葡糖苷和天竺葵素-3-酰化二葡糖苷-5-葡糖苷含量降低;花青素合成相关基因(Chs、Chi、Dfr、F3h和Ldox)及转录因子(Tt8)的mRNA表达水平在RNAi处理后早期有明显上调.这些结果均表明,萝卜过氧化物酶Rsprx1参与花青素的合成代谢.

应用H1-U6双启动子RNAi载体筛选人泛素结合酶hUBE2W的RNAi有效靶点

hUBE2W是新近鉴定出的一种I型泛素结合酶,可能在肿瘤发生和DNA损伤修复过程中起重要作用。RNA干涉是指通过形成局部双链RNA进而特异性地降解细胞内同源基因mRNA的机制,目前已成为基因功能研究的有力工具。通过构建H1-U6双启动子RNAi载体,可以在体内直接转录出针对hUbe2w基因的两段互补小RNA,更接近于生理状态下小干涉RNA的作用。利用RT-PCR方法从293FT细胞总RNA中扩增出hUbe2w基因,分别将其连接至质粒pGL3-Control、pCMV-myc和pDsRed-express-C1中,以便在mRNA水平和蛋白水平检测RNA干涉效果。RNA干涉载体分别与上述报告载体共转染293FT细胞,测定萤光素酶活性和hUBE2W蛋白表达水平,结果显示靶点125和259能够在mRNA水平和蛋白质水平显著降低hUbe2w的表达。

RNA干扰作用(RNAi)研究进展

RNA干扰作用 (RNAi)是生物界一种古老而且进化上高度保守的现象 ,是基因转录后沉默作用 (PTGS)的重要机制之一 .RNAi主要通过dsRNA被核酸酶切割成 2 1～ 2 5nt的干扰性小RNA即siRNA ,由siRNA介导识别并靶向切割同源性靶mRNA分子而实现 .RNAi要有多种蛋白因子以及ATP参与 ,而且具有生物催化反应特征 .RNAi是新发现的一种通过dsRNA介导的特异性高效抑制基因表达途径 。

Survivin基因RNAi对子宫颈癌裸鼠移植瘤生长与凋亡的影响

目的:观察survivin基因RNAi对宫颈癌裸鼠移植瘤生长与凋亡的影响。方法:随机将BALB/c裸鼠分4组,分别注射转染携survivin RNAi重组质粒的HeLa-s2细胞、转染阴性对照质粒细胞HeLa-NC、转染空质粒细胞HeLa-U6 neo及宫颈癌He-La细胞,建立人宫颈癌裸鼠皮下移植瘤模型。观察survivin RNAi对人宫颈癌裸鼠皮下移植瘤生长的影响;免疫组化法检测移植瘤组织中survivin蛋白的表达和微血管密度(MVD),H-E染色及TUNEL染色观察survivin RNAi对人宫颈癌裸鼠皮下移植瘤凋亡的影响。结果:成功建立人宫颈癌裸鼠皮下移植瘤模型,HeLa-s2组裸鼠瘤重明显小于其他3组(P<0.05);肿瘤生长抑制率为67.9%。免疫组化结果显示,HeLa-s2组裸鼠移植瘤组织中survivin蛋白表达显著下降;MVD值也显著降低(P<0.05);H-E染色、TUNEL染色结果显示,HeLa-s2组裸鼠移植瘤组织细胞凋亡明显增多(P<0.05),AI值达(22.73±1.37)%。结论:Sur-vivin基因RNAi可通过下调移植瘤组织survivin蛋白表达和降低其MVD抑制移植瘤生长并促进其凋亡。

紫菜薹BcMF4基因的克隆及其RNAi植物表达载体的构建

根据普通白菜(Brassica campestris ssp.chinensis,syn.B.rapa ssp.chinensis)雄性不育相关基因Bc-MF4序列设计一对特异引物,从紫菜薹(B.campestris ssp.chinensisvar.purpuraria)中克隆出了大小为710bpBcMF4基因片段。采用Gateway技术,构建了BcMF4基因RNA干涉(RNA interference,RNAi)植物表达载体。为下一步通过沉默BcMF4基因,明确其对紫菜薹花粉发育和雄性不育的影响奠定了基础。

RNAi在植物功能基因组中的应用

植物生物学后基因组时代的主要目标就是确定植物基因组中所有基因所具有的功能。解决这个问题的一个最直接的方法就是还原或者敲除某个在正常条件下其功能能表达出一定的可观察到的表型的特殊基因。对于这方面的研究,插入突变技术就是一个可用的工具,但是基因的随机性,致死敲除,无标记的突变体都大大地限制了这种技术的利用。RNAi技术可以克服以上那些难题。它已经被广泛地应用在线虫的功能基因组上,并且所获得的有效资源还被广泛地用于植物功能基因组的分析。

RNAi机器

小分子非编码RNA,以不同于蛋白质调控因子的全新方式,通过RNA干扰(RNAi),调控mRNA稳定性、蛋白质合成、染色质的组织和基因组的结构.由于可方便地施加和释放控制,RNAi已被广泛作为通过沉默作用研究基因功能的手段,并正在被应用于一些重大疾病的诊治.小分子RNA沉默作用的发挥依赖于一个由多种蛋白质因子组成的RNAi机器.在过去的几年中,对RNAi机器中重要蛋白质因子的结构功能,及它们在小向导RNA指导下沉默基因表达的分子机制等方面的研究都取得了诸多突破性的进展.

抑制GATA-3基因表达的RNAi载体构建和筛选

GATA-3在Th2免疫网络中起至关重要的作用。本研究的目的是构建和筛选出能够高效、特异性抑制GATA-3基因表达的siRNA质粒载体。在小鼠P815细胞中转染以GATA-3作为靶基因的PSi338、PSi717和PSi1232的干涉质粒载体,通过RT-PCR和Western blot方法分别从转录和蛋白质水平观察它们对GATA-3基因表达的影响。结果表明:PSi338、PSi717均能明显抑制P815细胞中GATA-3 mRNA的表达和GATA-3蛋白的合成。结论:成功地构建和筛选出两条高效、特异性抑制GATA-3基因表达的siRNA质粒载体。

RNAi及其在功能基因组研究中的应用

RNAi是双链RNA介导的、序列特异性的转录后基因沉默 ,自 1998年发现至今已有很大进展。随着后基因组时代的到来 ,将是今后功能基因组研究中的有力工具 ,并可能用于基因特异治疗。

RNAi在抗病毒领域的应用

RNAi是由双链RNA(dsRNA)所诱发的转录后水平上的基因沉默.由于对靶基因沉默作用的高度特异性和高效性,因此近年来用于肿瘤性疾病、感染性疾病、遗传性疾病等疾病的基因治疗研究,特别是在抗病毒领域的研究更是成为其应用热点之一.虽然目前RNAi已经较为广泛地应用于动物病毒及各种疾病病毒的基因治疗研究中,但其在应用过程中还有许多亟待解决的问题.本文就RNAi及其在抗病毒领域的应用研究和其存在的问题展开综述.