RNAi技术沉默PtDrl01基因对毛白杨病程相关蛋白基因表达的影响

【作者】 刘文凤； 张谦； 郑会全； 雷杨； 林善枝； 安新民； 张志毅；

【机构】 北京林业大学林木育种国家工程实验室,林木花卉遗传育种教育部重点实验室；

【摘要】 抗病(R)基因是植物抗病免疫系统中的关键组成部分,该类基因编码蛋白通常包含了保守的功能结构域如核苷酸结合位点(Nucleotide binding site,NBS)和富含亮氨酸重复(Ieucine rich repeat,LRR)序列,因此也统称为NBS-LRR R蛋白。NBS-LRR R蛋白编码基因占据了约全部抗病基因数目的75%,组成了抗病基因中的最大家族,而这些抗病基因的作用对象也几乎囊括了所有的病原物包括病毒、细菌、真菌、线虫甚至昆虫等,对该类基因的表达及其在植物抗病免疫调控系统中的作用进行研究具有重要意义。杨树是木本植物的模式植物,其抗病性研究一直是林木抗逆性研究的热点;而毛白杨(Populus tomentosa Cart)是我国特有的白杨派(Section Leuce)乡土树种,具有分布广、速生、材质优良及抗逆性强等特点,对毛白杨NBS-LRR类抗病基因的表达及其功能进行研究显然具有重要的理论意义与应用价值。本实验室前期已从三倍体毛白杨[(P.tomentosa×P.bolleana)×P.tomentosa]抗病无性系中首先分离获得一个NBS-LRR类抗病基因序列(编码了一个NLS-TIR-NBS-LRR蛋白)即PtDrl01(GenBank Accession No.EF157840),并证明该基因在转化烟草中具有抗烟草花叶病毒能力。为进一步分析PtDrl01基因的抗病免疫调控功能,本研究首次构建了PtDrl0l基因的RNAi载体pBI121-PtDr101-RNAi,进而采用基因枪法将pBl121-PtDr101-RNAi质粒转化到毛白杨叶片,并诱导获得抗卡那霉素候选转化芽,经生根诱导最终获得系列候选转化植株。以卡那霉素抗性植株基因组总DNA为模板,对CaMV 35S启动子及NP7II基因作双序列PCR鉴定,共筛选获得5个转基因无性系。在此基础上,运用qRT-PCR技术对转化植株PtDrl01基因的表达作定量分析发现,RNAi序列在转基因毛白杨中对PtDrl01基因的表达抑制率均高于50%;其中,值得注意的是,转基因无性系Z3 PtDrl01基因表达抑制率达到了100%,这表明RNAi序列在转基因毛白杨中能够对PtDrl01基因的表达起有效的抑制甚至沉默的作用。对沉默了PtDrl01基因表达的Z3植株,本研究利用qRT-PCR技术定量分析了毛白杨病程相关蛋白基因(PtPR-1、PtPR-5和PtPR-10)的表达,结果发现检测的病程相关蛋白基因其表达均明显低于对照非转化植株,而其中PtPR-10的表达量在转化植株中甚至减少为7倍以上。这说明,PtDrl01基因的表达在毛白杨中影响了病程相关蛋白基因的表达水平,而这也暗示了PtDrl01基因可能通过调控病程相关蛋白基因的表达水平,进而提高植株抗病反应能力。上述研究结果为进一步分析毛白杨PtDrl01基因的表达及功能提供了重要基础。更多还原