在植物中表达人造miRNA建立病毒抗性

• 作 者: 曲静
• 机 构: 中国科学院微生物研究所
• 出 处: 中国科学院微生物研究所
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: RNA沉默 黄瓜花叶病毒 病毒抗性 基因沉默 靶基因 分子标志

RNA沉默是植物中一种天然的防御机制，用以抵抗病毒等外来的核酸元件。这种自然的抗病毒机制被人们用来发展抗病毒植物，在植物中表达与病毒基因序列同源的双链RNA或者具有发夹结构的RNA，这些双链RNA会被植物体中RNA沉默系统所识别，进而加工成siRNA。加工而成的siRNA是RNA沉默被激活的分子标志，其中21核苷酸大小的siRNA是降解入侵病毒RNA的主力。因此，在植物中高水平表达病毒特异的siRNA是使植物获得病毒抗性的关键。然而，另外一种与RNA沉默相关的小RNA，即miRNA在植物抗病毒基因工程上的应用还没有被广泛研究。　　
以黄瓜花叶病毒(CMV)的基因沉默抑制子2b基因作为靶基因，从拟南芥miR171前体骨架中表达一段21—nt2b基因特异的人工miRNA(miR2b)。在农杆菌介导的瞬间表达体系中，miR2b能够有效抑制2b基因的表达和蛋白的抑制子功能。在对表达miR2b的转基因烟草的攻毒实验中，有较大比例的植物能够抵抗CMV的侵染，而且植物的抗性水平与病毒特异的miR2b的含量呈正相关性。在实验中还发现，在农杆菌注射的本生烟叶片中miR2b的表达水平在15℃时比25℃时低，其对靶基因2b表达的抑制效果也是温度依赖的，这与前人报道的拟南芥中miRNA表达水平不受温度影响的结果有所不同。　　
与此同时，还在植物中表达另外一种2b基因特异的小RNA，即用拟南芥RNA聚合酶III启动子-U6启动子驱动表达短发夹结构RNA，进一步生成一段21核苷酸的小RNA(shsR2b)，它与miR2b靶向同一位点。比较这两种小RNA的抗CMV的效果，表明miRNA的方法比短发夹结构RNA的方法在瞬间体系和转基因植物中都更有效。　　
总的来说，研究结果表明在植物中人工表达病毒特异的miRNA是抗CMV基因工程中一种有效的新方法。另外，最新的一个报道表明在拟南芥中通过表达病毒特异的miRNA获得了对两种其他病毒的高度抗性。因此可以预见用人工miRNA介导抗性可能也适用于抑制其他植物病毒的侵染。