园艺学报 ›› 2023, Vol. 50 ›› Issue (7): 1587-1600.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2022-0484
潘佳佳, 张东梅, 孟建, 高苏南, 朱凯杰, 刘军伟*(), 李国怀
收稿日期:
2022-12-30
修回日期:
2023-04-06
出版日期:
2023-07-25
发布日期:
2023-07-26
通讯作者:
基金资助:
PAN Jiajia, ZHANG Dongmei, MENG Jian, GAO Sunan, ZHU Kaijie, LIU Junwei*(), LI Guohuai
Received:
2022-12-30
Revised:
2023-04-06
Published:
2023-07-25
Online:
2023-07-26
摘要:
病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)是在桃(Prunus persica)上进行基因沉默的主要手段,现有VIGS体系效率较低,亟待开发针对桃的高效沉默体系。以桃八氢番茄红素脱氢酶(Phytoene desaturase)基因PpPDS为指示基因,探究不同侵染方式、病毒载体、温度、接种苗龄和菌液浓度对桃叶片VIGS效率的影响。结果表明,在侵染方式上,叶片注射是有效的方式;李坏死环斑病毒(Prunus necrotic ring spot virus,PNRSV)载体(pCaRNA1/2和pCaRNA3)优于烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)改造后的TRV载体(pTRV1和pTRV2);温度为22 ℃左右PpPDS的沉默效率较高;苗龄为5 ~ 6片完全展开叶的桃苗沉默效率较高,达到85%;菌液浓度为OD600 = 1.0时沉默效率较高。以优化好的VIGS体系参数,选择桃叶绿素合成基因(PpGluTR和PpPOR)为目标基因进行验证,结果显示PpGluTR和PpPOR的表达均被显著抑制,叶片颜色变化明显。这些结果表明优化的VIGS体系稳定性好且沉默效率高,可用于桃基因功能的研究。
潘佳佳, 张东梅, 孟建, 高苏南, 朱凯杰, 刘军伟, 李国怀. 李坏死环斑病毒诱导的桃PpPDS沉默体系的优化及验证[J]. 园艺学报, 2023, 50(7): 1587-1600.
PAN Jiajia, ZHANG Dongmei, MENG Jian, GAO Sunan, ZHU Kaijie, LIU Junwei, LI Guohuai. Optimization and Validation of PpPDS Gene Silencing Induced by Prunus Necrotic Ring Spot Virus in Prunus persica[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2023, 50(7): 1587-1600.
引物 | 目的 | 序列(5′-3′) | 条带大小/bp |
---|---|---|---|
Primer | Purpose | Sequence | Product size |
1 | PpPDS CDS | F:ATGTCTCAGTGGGCTTGTGTCTCTG;R:TCACCGAACGCTTGCCTCAGCCACC | 1 722 |
2 | PpPDS | F:GCTCTAGAAGAAAGCTGAAGAACACAT;R:GCTCTAGAGATTGTAATATTCCTTACAT | 100 |
3 | pCaRNA3-PpPDS | F:GCTTCCCTAACGGGGCATCC;R:AGGTCTTGGTTAGGGATTTG | 375 |
4 | PpGluTR | F:AAGACCTGCTTGAGATCTAGAGAGAATGTTGGTGATTGGTGCTG; R:GTGTGCTTATCTCACTCTAGATGTTGATATTTCTGTCCCTAGGAATG | 320 |
5 | PpPOR | F:AAGACCTGCTTGAGATCTAGATTGATGTGCTTGTGTGCAATGC; R:GTGTGCTTATCTCACTCTAGACAAGGTGTTTGTGTTCCCTGTAAT | 209 |
6 | pCaRNA3 | F:GCTTCCCTAACGGGGCATCC;R:AGGTCTTGGTTAGGGATTTG | 269 |
7 | pTRV1 | F:TTACAGGTTATTTGGGCTAG;R:CCGGGTTCAATTCCTTATC | 647 |
8 | pTRV2 | F:TACGACGAACCAAGGG;R:TGCGAAACTCAAATGCT | 427 |
9 | PpPDS qRT-PCR | F:CCTTGCAAAGATCTCCCCTA;R:CGAGCAACAAGCAATTCGTA | 145 |
10 | PpGluTR qRT-PCR | F:GGAAGATGGGGAAGCTTGTGA;R:GGTTTCTGATGCCGTGCTTG | 200 |
11 | PpPOR qRT-PCR | F:TTGTGTGCAATGCTGCTGTT;R:CGAAAGAAGGAAGTGCCCGA | 110 |
12 | PpTEF2 qRT-PCR | F:AGCAAGTCACCCAACAAGCATA;R:CCAACCAAACTCTTCAGCCAAT | 147 |
表1 本研究中所用到的引物序列
Table 1 Primer sequences used in this study
引物 | 目的 | 序列(5′-3′) | 条带大小/bp |
---|---|---|---|
Primer | Purpose | Sequence | Product size |
1 | PpPDS CDS | F:ATGTCTCAGTGGGCTTGTGTCTCTG;R:TCACCGAACGCTTGCCTCAGCCACC | 1 722 |
2 | PpPDS | F:GCTCTAGAAGAAAGCTGAAGAACACAT;R:GCTCTAGAGATTGTAATATTCCTTACAT | 100 |
3 | pCaRNA3-PpPDS | F:GCTTCCCTAACGGGGCATCC;R:AGGTCTTGGTTAGGGATTTG | 375 |
4 | PpGluTR | F:AAGACCTGCTTGAGATCTAGAGAGAATGTTGGTGATTGGTGCTG; R:GTGTGCTTATCTCACTCTAGATGTTGATATTTCTGTCCCTAGGAATG | 320 |
5 | PpPOR | F:AAGACCTGCTTGAGATCTAGATTGATGTGCTTGTGTGCAATGC; R:GTGTGCTTATCTCACTCTAGACAAGGTGTTTGTGTTCCCTGTAAT | 209 |
6 | pCaRNA3 | F:GCTTCCCTAACGGGGCATCC;R:AGGTCTTGGTTAGGGATTTG | 269 |
7 | pTRV1 | F:TTACAGGTTATTTGGGCTAG;R:CCGGGTTCAATTCCTTATC | 647 |
8 | pTRV2 | F:TACGACGAACCAAGGG;R:TGCGAAACTCAAATGCT | 427 |
9 | PpPDS qRT-PCR | F:CCTTGCAAAGATCTCCCCTA;R:CGAGCAACAAGCAATTCGTA | 145 |
10 | PpGluTR qRT-PCR | F:GGAAGATGGGGAAGCTTGTGA;R:GGTTTCTGATGCCGTGCTTG | 200 |
11 | PpPOR qRT-PCR | F:TTGTGTGCAATGCTGCTGTT;R:CGAAAGAAGGAAGTGCCCGA | 110 |
12 | PpTEF2 qRT-PCR | F:AGCAAGTCACCCAACAAGCATA;R:CCAACCAAACTCTTCAGCCAAT | 147 |
图1 桃苗取样的模型图 ①表型上叶:表型叶以上没有出现表型的叶片;②表型叶:出现表型的叶片;③表型下叶:表型叶以下没有出现表型的叶片;④注射叶:注射过的叶片;⑤茎:剪掉叶片后剩下的地上部分;⑥根:洗去培养土后的地下部分。
Fig. 1 Schematic illustration of peach seedlings sampling ①Phenotypic upper leaf:The leaves above the phenotypic leaves without phenotypic appearance;②Phenotypic leaf:The leaves with phenotypic appearance;③Phenotypic lower leaf:The leaves below the phenotypic leaves without phenotypic appearance;④Injected leaf:The agroinfiltrated leaves;⑤Stem:the above-ground part left after cutting off the leaves;⑥Root:underground parts after washing culture soil.
图2 PpPDS片段的PCR扩增(A)和pCaRNA3-PpPDS重组载体的电泳检测(B)
Fig. 2 PCR amplification of peach PpPDS gene(A)and positive test of recombinant plasmid pCaRNA3-PpPDS(B)
图3 PCR检测pCaRNA3病毒和pTRV病毒侵入桃苗叶片 M:Marker;1:空白对照(未注射);2:阴性对照(空载体);3:PDS沉默。
Fig. 3 PCR analysis of pCaRNA3 virus and pTRV virus infection into peach seedlings M:Marker;1:Blank control(non-infected);2:Negative control(empty vector);3:PDS silencing.
图5 不同温度(A)和苗龄大小(B)对桃苗VIGS效率的影响 ‘nd’代表没有检测到数据;不同小写字母代表不同处理间存在显著性差异(P < 0.05)。
Fig. 5 Effect of different temperature(A)and seedlings age(B)on VIGS efficiency in peach ‘nd’ stands for not detected;Different lowercase letters on top of bars indicate statistical significance at P < 0.05 among different treatments.
图6 pCaRNA3-PpPDS和pTRV2-PpPDS侵染桃苗叶片后不同部位叶片的沉默效果 由于pCaRNA3-PpPDS表型叶以上均有表型显现,因此无表型上叶。
Fig. 6 Silencing effect of different peach leaves agroinfiltrated with pCaRNA3-PpPDS and pTRV2-PpPDS The upper leaves of phenotypic leaves of pCaRNA3-PpPDS were all phenotypic leaves, so here no phenotypic upper leaf.
图7 注射pCaRNA3-PpPDS(A)和pTRV2-PpPDS(B)及其空载体的桃苗不同部位PpPDS的相对表达量 星号表示处理植株的叶、茎、根与注射空载体对照植株对应组织之间存在显著性差异(*α = 0.05和**α = 0.01)。
Fig. 7 Transcriptional abundance of PpPDS in different parts of peach seedlings agroinfiltrated with pCaRNA3-PpPDS(A),pTRV2-PpPDS(B)and their empty vectors Asterisks indicate statistical significance between treatment and negative control(* α = 0.05 and ** α = 0.01).
图8 pCaRNA3-PpPDS不同菌液浓度对桃苗基因的沉默效率 不同小写字母代表不同处理间存在显著差异(P < 0.05)。下同。
Fig. 8 Silencing efficiency of pCaRNA3-PpPDS at different bacterial concentrations in peach seedlings Different lowercase letters on top of bars indicate statistical significance at P < 0.05 among different treatments. The same below.
图9 桃苗叶片注射pCaRNA3-PpGluTR和pCaRNA3-PpPOR后28 d的表型
Fig. 9 Leaf morphology of peach seedlings agroinfiltrated with pCaRNA3-PpGluTR and pCaRNA3-PpPOR after 28 days
图10 桃苗叶片注射pCaRNA3-PpGluTR和pCaRNA3-PpPOR后的荧光光合参数 符号-1、-2和-3:3个生物学重复。
Fig. 10 Chlorophyll fluorescence of peach leaves agroinfiltrated with pCaRNA3-PpGluTR and pCaRNA3-PpPOR Symbol-1,-2 and -3 indicate three biological replicates.
[1] |
doi: 10.15171/ijb.1536 URL |
[2] |
doi: 10.1007/s11105-015-0920-8 URL |
[3] |
doi: 10.1111/plb.12894 pmid: 30098127 |
[4] |
doi: 10.1007/s11103-006-9016-z URL |
[5] |
doi: 10.1016/j.fcr.2005.07.012 URL |
[6] |
doi: 10.1111/pbi.2017.15.issue-3 URL |
[7] |
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-0940 |
戴文珊, 吴玥, 王敏. 2022. 金柑FcRGA1抗溃疡病机制初探. 园艺学报, 49 (11):2325-2335.
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-0940 |
|
[8] |
doi: 10.1016/j.hpj.2020.08.002 URL |
[9] |
doi: 10.1093/jxb/ery411 pmid: 30452695 |
[10] |
|
郭燕, 刘志达, 康立茹, 包婷婷, 杨旭, 赵君, 张之为. 2023. 基于PDS基因的番茄VIGS高效沉默体系的优化. 作物杂志,(2):46-50.
|
|
[11] |
doi: 10.13304/j.nykjdb.2020.0781 |
郝梦媛, 杭琦, 师恭曜. 2022. VIGS基因沉默技术在作物基因功能研究中的应用与展望. 中国农业科技导报, 24 (1):1-13.
doi: 10.13304/j.nykjdb.2020.0781 |
|
[12] |
|
[13] |
|
贾海锋. 2010. 桃叶片及草莓果实中VIGS体系的建立[硕士论文]. 北京: 北京农学院.
|
|
[14] |
|
李然然, 王述彬, 潘宝贵, 刁卫平, 郭广君, 刘金兵, 戈伟. 2017. 辣椒病毒诱导基因沉默接种方法的优化. 江苏农业科学, 45 (14):82-84.
|
|
[15] |
|
李瑞雪. 2018. 红苞凤梨VIGS基因沉默体系的建立及POR基因的克隆与功能验证[硕士论文]. 雅安: 四川农业大学.
|
|
[16] |
|
刘军, 杨艳, 周晓慧, 姜悬云, 鲍生有, 庄勇. 2018. 应用于茄子的病毒诱导的基因沉默体系的建立与优化. 江苏农业学报, 34 (4):880-886.
|
|
[17] |
doi: 10.1006/meth.2001.1262 pmid: 11846609 |
[18] |
|
马猛. 2010. 大麦条斑花叶病毒(BSMV)诱导小麦穗部基因有效沉默体系的建立[硕士论文]. 杨凌: 西北农林科技大学.
|
|
[19] |
|
齐东霞, 张映, 赵祯, 张伟伟, 陈钰辉, 连勇, 田时炳, 刘富中. 2018. 茄子TRV-VIGS体系的优化及SmIAA19基因功能初步分析. 园艺学报, 45 (4):691-701.
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2017-0643 |
|
[20] |
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2020-0630 |
齐希梁, 刘聪利, 宋露露, 李明. 2021. 甜樱桃磷酸蔗糖合酶基因PavSPS的功能分析. 园艺学报, 48 (8):1446-1456.
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2020-0630 |
|
[21] |
|
|
|
[22] |
doi: 10.3390/ijms22094919 URL |
[23] |
doi: 10.1016/j.hpj.2020.09.001 URL |
[24] |
doi: 10.1093/treephys/tpv064 URL |
[25] |
|
宋震, 李中安, 周常勇. 2014. 病毒诱导的基因沉默(VIGS)研究进展. 园艺学报, 41 (9):1885-1894.
|
|
[26] |
doi: 10.1104/pp.108.123869 pmid: 18621976 |
[27] |
doi: 10.1038/ng.2586 |
[28] |
|
吴洁, 刘帅, 马晶晶, 杨兆光, 乔艳艳, 赵沛, 吴珍平, 操宇琳, 张朝军. 2021. 不同VIGS体系在棉花中沉默效率的研究. 西南农业学报, 34 (5):950-955.
|
|
[29] |
doi: 10.1007/s00299-012-1285-1 URL |
[30] |
doi: 10.1007/s00425-006-0249-5 pmid: 16506064 |
[31] |
doi: S0981-9428(20)30242-4 pmid: 32526610 |
[32] |
|
张新华, 季娜娜, 闵德栋, 邵淑君, 李富军. 2017. VIGS载体在果树中的应用研究进展. 果树学报, 34 (4):507-514.
|
|
[33] |
doi: 10.3389/fpls.2015.00500 pmid: 26217354 |
[34] |
doi: 10.1016/j.hpj.2021.04.009 URL |
[1] | 时 梦, 刘凤之, 王海波, 王莹莹, 史祥宾, 王志强, 李 鹏, 刘万春, 王孝娣. 中熟抗寒桃新品种‘中寒翠霞’[J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 15-16. |
[2] | 杨兴旺, 王莹莹, 王海波, 王小龙, 王志强, 史祥宾, 冀晓昊, 刘万春, 王孝娣. 中熟抗寒桃新品种‘中寒红琼’ [J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 17-18. |
[3] | 王富荣, 艾小艳, 王会良, 刘 勇, 朱 炜, 张 杨, 顾 霞, 刘模发, 诸小敏, 甘志猛, 何华平 , 龚林忠. 特早熟红肉油桃新品种‘楚红 1 号’[J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 19-20. |
[4] | 王富荣, 艾小艳, 王会良, 刘 勇, 朱 炜, 张 杨, 顾 霞, 刘模发, 诸小敏, 甘志猛, 何华平 , 龚林忠. 早熟离核高甜油桃新品种‘楚甜 1 号’[J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 21-22. |
[5] | 段文宜, 牛 良, 崔国朝, 曾文芳, 潘 磊, 孙世航, 王志强. 晚熟黄桃新品种‘中桃黄金蜜 5 号’[J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 23-24. |
[6] | 罗 轩, 陈庆红 , 张 蕾, 高 磊, 白福玺, 汪 志, 叶丽霞, 彭 珏. 红肉软枣猕猴桃新品种‘金香红’[J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 27-28. |
[7] | 齐永杰 , 高正辉 , 马 娜 , 高 霞 , 柯凡君 , 徐义流 , . 优质抗旱猕猴桃新品种‘金山 1 号’[J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 29-30. |
[8] | 马小民 , 陈媛媛 , 张 荣 , 黄 铖 , 黄东晨 , 任晓亮 , 叶新忠 , 傅松玲 , . 樱花新品种‘漫天红’ [J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 169-170. |
[9] | 何斌, 徐勤超, 戢小梅, 王小玲, 张文东, 程运江, 曾云流. 气调保鲜技术在猕猴桃贮藏保鲜中的应用进展[J]. 园艺学报, 2023, 50(9): 1916-1928. |
[10] | 贾 兵, 王克灿, 叶振风, 王谋才, 刘 莉, 朱立武, . 猕猴桃新品种‘皖黄’[J]. 园艺学报, 2023, 50(8): 1803-1804. |
[11] | 肖翔, 周储江, 金舒婉, 施丽愉, 杨震峰, 曹士锋, 陈伟. PpMADS2与PpMADS3协同调控黄肉桃果实类胡萝卜素积累机制的研究[J]. 园艺学报, 2023, 50(6): 1173-1186. |
[12] | 阮若昕, 骆慧枫, 张琛, 黄康康, 郗笃隽, 裴嘉博, 邢梦云, 刘辉. 杭州地区不同需冷量甜樱桃品种休眠阶段花芽转录组分析[J]. 园艺学报, 2023, 50(6): 1187-1202. |
[13] | 周成, 方怡, 周锦杨, 黄企浩, 盘永坚, 史千千, 倪慧娴, 杨震峰, 宋春波. 低温诱导的桃果实采后膜脂代谢变化与冷害的关系[J]. 园艺学报, 2023, 50(6): 1305-1317. |
[14] | 刘南祥, 张慧琴, 谢鸣, 徐象华, 范芳娟. 猕猴桃新品种‘金丽’[J]. 园艺学报, 2023, 50(6): 1377-1378. |
[15] | 周平, 郭瑞, 颜少宾, 金光. 外源山梨醇影响桃叶片和果实糖代谢的分子机制研究[J]. 园艺学报, 2023, 50(5): 959-971. |
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