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RNA指导的RNA聚合酶1基因在植物防御类病毒侵染中的作用及机制

批准号:
32072395
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李世访
学科分类:
植物病理学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李世访

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
RNA指导的RNA聚合酶1基因(RDR1)是RNA沉默途径中的重要基因,也是植物通过RNA沉默防御病毒侵染必需的。然而,其在植物防御类病毒侵染中的作用及机制仍不清楚。本项目采用马铃薯纺锤形块茎类病毒/番茄和啤酒花矮化类病毒/本氏烟的组合为实验体系,使用病毒诱导的基因沉默(VIGS)、RNA干扰(RNAi)、基因编辑和过表达转基因的方法,改变番茄和本氏烟中RDR1基因的表达水平。通过接种类病毒,分析RDR1基因表达的变化对类病毒侵染的影响,从而明确其在植物防御类病毒侵染中的作用。此外,利用小RNA测序技术,分析RDR1基因的表达与类病毒来源的小RNA(vd-sRNA)的合成之间的关系,并找出RDR1特异性扩增的vd-sRNA,利用表达人工miRNA的方法,验证其沉默效率,从而解析RDR1基因参与植物防御类病毒侵染的分子机制。本研究将深化对植物通过RNA沉默防御类病毒侵染的分子机制的理解。
英文摘要
RNA-directed RNA polymerase 1 gene (RDR1) is important for RNA silencing and is necessary for plant antiviral defense through RNA silencing mechanism. However, the role of RDR1 in plant defense response to viroid infection remains unknown. This project will use the combinations of potato spindle tuber viroid (PSTVd)/tomato and hop stunt viroid (HSVd)/Nicotiana benthamiana to identify the function and mechanism of RDR1 in plant resistance to viroid infection. Tomato RDR1 gene (LeRDR1) will be down-regulated by the technology of virus-induced gene silencing (VIGS), knocked down by RNA interference (RNAi), and knocked out using CRISPR/Cas9 system. RDR1 of N. tabacum (NtRDR1) and LeRDR1 will be overexpressed in N. benthamiana and tomato plants using transgene technology. The obtained plants with different expression levels of RDR1 will be inoculated with viroid followed with the detection of viroid and viroid-derived small RNA (vd-sRNA). The influence of altered RDR1 expressions on viroid infection can reveal the function of RDR1 in plant defense response to viroid infection. Next, small RNA sequencing technology will be used to verify vd-sRNA accumulation level in viroid-infected tomato and N. benthamiana plants and to identity RDR1 specifically amplified vd-sRNAs in HSVd-infected N. benthamiana plants with a high expression level of NtRDR1. RNA silencing efficiencies of these vd-sRNA will be determined in N. benthamiana using the method of artificial miRNA expression. Thus, how RDR1 regulates plant resistance to viroid will be revealed. The results will deepen the understanding of the mechanism of plant resistance to viroid.
一、PSTVd侵染和水杨酸处理均可以诱导番茄SlRDR1a基因的表达.使用农杆菌介导法将PSTVd致病株接种番茄,4 d后利用荧光定量PCR法检测发现番茄SlRDR1a基因在受PSTVd侵染番茄中的表达量是对照组的1.5倍;使用终浓度为2 mM的SA喷洒番茄叶片,荧光定量PCR检测发现番茄SlRDR1a的转录本在SA处理后6 h开始增加,并在24 h时达到最高表达量,为对照组的5.1倍。.二、过表达RDR1基因提高对类病毒的抗性.在本氏烟超表达烟草NtRDR1基因和黄瓜CsRDR1c1基因,接种PSTVd,发现过表达RDR1基因的本氏烟能在侵染初期(14~21 d)延缓PSTVd基因组RNA的积累,但是在侵染后期(28 d~)抑制作用不明显。另外,将转NtRDR1基因的本氏烟接种HSVd,发现NtRDR1过表达不仅能延缓HSVd基因组RNA的积累,还能抑制HSVd对本氏烟的致病症状。.三、下调表达RDR1基因增加了番茄对类病毒侵染的敏感性.通过病毒介导的基因沉默法下调表达番茄SlRDR1a基因,再接种PSTVd,发现SlRDR1a基因的下调表达增加了番茄对PSTVd侵染的敏感性,导致了较严重的卷叶皱缩以及植株矮化的症状,同时PSTVd在番茄系统叶的积累量也显著提高。.四、RDR1基因抑制植物体内vd-sRNAs的积累.小RNA杂交发现,超表达NtRDR1的本氏烟抑制了PSTVd-sRNAs的积累。进一步鉴定PSTVd-sRNAs的积累和数量特征,发现从PSTVd侵染的空载体转基因植物中获得的PSTVd-sRNAs总数大约是NtRDR1转基因植物中的两倍,且来自PSTVd基因组链的reads数量均低于来自互补基因组链。.五、RDR1基因表达水平的变化与SA激素通路有关.番茄外源喷施SA可以诱导SlRDR1a的基因快速表达,在侵染PSTVd后延缓了类病毒在番茄的积累,进而增强寄主对PSTVd侵染的抗性。
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