甜菜上VIGS载体构建及其在甜菜基因功能研究的应用

【作者】 聂张尧； 郭志鸿； 秦鑫宇； 刘琪； 周明龙城； 叶健； 张宗英； 韩成贵； 王颖；

【机构】 中国农业大学植物病理学系农林生物安全全国重点实验室与农业农村部作物有害生物监测与绿色防控重点实验室； 中国科学院微生物研究所植物基因组学国家重点实验室；

【摘要】 甜菜(Beta vulgarisL.)是世界上重要的糖料作物,占据了全球约25%的糖料供应。甜菜的遗传转化操作困难,且育种周期长。由于缺乏合适的研究工具,缺少对甜菜基因功能的研究,亟须一个简单且高效的研究体系。甜菜曲顶病毒(Curtovirus betae)是一种单链环状DNA病毒,属于双生病毒科(Geminiviridae),曲顶病毒属(Curtovirus)。本研究构建了基于35S启动子的甜菜严重曲顶病毒(beet severe curly top virus, BSCTV) 1.2拷贝基因组的侵染性克隆,随后将其改造为病毒诱导的基因沉默(Virus-induced gene silencing, VIGS)载体。首先以BvPDS为靶标基因,结果显示插入180 bp或300 bp靶标序列片段均可在甜菜系统叶上诱导白化表型,其中300 bp插入片段出现基因沉默的时间更早,效率更高,四次独立试验显示BSCTV-BvPDS载体在甜菜上具有82%的沉默效率,靶基因表达量相较于对照下调86%。同时, BSCTV VIGS载体能在8个不同的甜菜品种上实现基因沉默。进一步构建了BSCTV-BvMYB1载体并在红甜菜上验证其功能。结果显示BSCTV-BvMYB1接种的红甜菜叶片和茎的颜色由暗红色变为绿色,根则呈现白色, RT-qPCR检测表明根茎叶各组织中BvMYB1相对表达水平与对照相比均显著下调,成功验证了BvMYB1基因参与甜菜红素的合成。以上结果表明, BSCTV VIGS载体可在多个甜菜品种上高效诱导基因沉默,并且该载体也可沉默甜菜根部基因。该系统为甜菜基因功能研究,尤其是为根发育相关的基因研究提供了一个操作简单且高效的工具。更多还原