花生翻译起始因子eIF4E在PStV侵染过程中的功能分析

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:gmwang2009
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花生(Arachis hypogaea)在我国的经济作物中具有重要地位,近年来,我国对花生产业逐步重视,产量每年都有一定的增长,2013年总产量约为1700万吨,为世界上最大的花生生产国和出口国。花生条纹病毒(Peanut stripe virus, PStV)在我国长江以北花生产区普遍发生,在病毒类病害中,其对我国花生产业的影响最为严重,为花生生产的重要防控对象。PStV为马铃薯Y病毒属(Potyvirus)成员,病毒粒体线状,正单链核酸。研究表明,寄主真核翻译起始因子4E (eukaryotic transition initiation factor4E, eIF4E)是mRNA翻译过程中一个作用显著的限速调节基因,它不仅对植物基因表达调控中起着重要作用,还可调节病毒在植物细胞内的侵染循环,在病毒侵染过程中起着关键作用,是未来抗病毒分子遗传育种和生物工程研究潜在的靶基因。花生的翻译起始因子还未见报道,本文以PStV和花生为研究对象,针对PStV致病机制和植物对应的抗病性开展研究。本研究从花生中首次克隆了eIF4E, eIF(iso)4E基因(分别命名为PeaeIF4E、PeaeIF(iso)4E),分析其表达特征,研究其分别与PStV VPg及HC-Pro蛋白之间的互作关系。通过病毒诱导的基因沉默VIGS (Virus-induced gene silencing)技术沉默PeaeIF4E、PeaeIF(iso)4E来验证其对PStV的抗感性的影响,深入揭示了PeaeIF4E、PeaeIF(iso)4E在花生与PStV互作过程中的作用,为抗病毒分子育种提供新的实验依据。主要研究结果如下:1.同源克隆法首次获得了PStV中国分离物PStV-Laixi,除去3’poly (A),基因组全长10,056nt (Genbank登录号:KF439722),包含9,669nt核苷酸的开放阅读框(ORF)编码3,222个氨基酸的多聚蛋白。这个大的多聚蛋白被3种病毒蛋白酶加工后产生10种蛋白。其中P3蛋白的编码区有一个附加的"PIPO"蛋白。基因组全长比较和进化树分析结果显示该分离物与其他3个已报道的PStV分离物(2株美国分离物和1株中国台湾分离物)具有很高的一致性,氨基酸序列的一致性都在95%以上,其中与美国的两个分离物一致性最高,而与中国台湾分离物进化亲缘关系较远。2.通过5’-RACE和3’-RACE技术首次获得花生eIF4E基因全长和eIF(iso)4EORF全长,分别命名为PeaeIF4E (Genbank登录号:HE985069)和PeaeIF(iso)4E (Genbank登录号:KF956378),两种基因与豆科植物相应基因一致性很高。这两种基因的ORF相比较,核苷酸序列有53.55%的一致性,氨基酸序列有42.67%的一致性。3.荧光定量PCR结果表明,PeaeIF4E、PeaeIF(iso)4E基因在花生品种“花育20”的根、茎、叶、花、果中均有表达。两种基因在各组织中的表达模式基本一致,表达水平由高到低分别是:嫩叶、根、叶、果、茎、花。基因在幼嫩组织中表达水平较高。4.构建绿色荧光蛋白融合表达载体,重组质粒转化制备好的拟南芥原生质体进行瞬时表达,结果显示:花生PeaeIF4E、PeaeIF(iso)4E蛋白在细胞核、细胞质中都有分布。5.通过RT-PCR扩增获得了PStV两个功能蛋白的基因VPg和HC-Pro,分别构建其绿色荧光蛋白融合表达载体,重组质粒转化拟南芥原生质体细胞进行瞬时表达,结果显示:VPg主要定位在细胞核,HC-Pro主要定位在细胞质。将其和花生PeaeIF4E、PeaeIF(iso)4E基因分别构建到酵母双杂捕获载体pGADT7和诱饵载体pGBKT7上,通过筛选鉴定获得了重组子pGAD-VPg, pGAD-HC-Pro, pGBK-eIF4E和pGBK-eIF(iso)4E。酵母双杂交系统(Yeast two-hybrid, Y2H)证明VPg和PeaeIF4E、PeaeIF(iso)4E蛋白均存在互作,HC-Pro和PeaeIF4E、 PeaeIF(iso)4E也存在互作。为确定实验结果的正确性,采用双分子荧光互补(Bimolecular fluorescence complementation, BiFC)技术再次检测其互作情况,结果表明:VPg和PeaeIF4E、PeaeIF(iso)4E主要在细胞核互作,HC-Pro和PeaeIF4E、 PeaeIF(iso)4E主要在细胞质互作。6.通过病毒诱导的基因沉默系统同时沉默PeaeIF4E, PeaeIF(iso)4E基因,经PStV接种后,发病时间延迟约一周且发病程度较对照轻,表现出对PStV的抗性,这一结果表明PeaeIF4E、PeaeIF(iso)4E在PStV侵染和复制过程中起着关键作用。
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