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早在上个世纪七十年代,人们就在中国的卷心菜中发现了可以催化植物RNA病毒复制的物质,并命名为RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,RdRp),起初认为行使这一功能的是植物RDR。随着研究的深入,研究者发现,行使这一催化功能的是病毒自身的RdRp,而非植物的。这一重大发现使得植物RDR成为新的研究热点。到目前为止,已在多种植物中分离得到了RDRs基因,拟南芥、烟草、番茄、豇豆、黄瓜、水稻等。植物RDRs是一个复杂的家族,现已在拟南芥中分离了六个同源基因。本文以心叶烟(Nicotiana glutinosa)为实验材料,首次从心叶烟中克隆得到RDR基因(NgRDR6),并对其进行了序列比对,表达特性分析及初步功能鉴定,为进一步研究该基因的功能及作用机理奠定了基础。主要研究结果如下:
1、利用RT-PCR和RACE-PCR得方法,首次从心叶烟中克隆得到了一个RDR基因,命名为NgRDR6。该基因GenBank注册号为FJ490363。序列分析结果表明,NgRDR6 cDNA全长为3,921 bp,包括3,594 bp的开放阅读框(ORF),123 bp的5’非编码区(5’UTR)和204 bp的3’非编码区(3’UTR)。该基因编码一个1,197个氨基酸残基的多肽,预测分子量为135.472 kDa。通过同源性比较发现,心叶烟RDR6与其它植物RDR6的同源性很高,如与水稻RDR6的同源性达57.92%,而与拟南芥RDR6的同源性更高达65.00%。NgRDR6含有RDRs家族所有的保守区。进化分析表明NgRDR6与植物RDR6聚集成簇,而与其它RDRs的进化关系较远。NgRDR6基因组全长5,696 bp,包含两个内含子,内含子大小分别为1,140 bp和644 bp。其中,内含子1位于5’UTR内,推测该内含子可能具有特殊的功能。
2、利用半定量PCR的方法,研究了NgRDR6在多种生物和非生物因素诱导下mRNA水平的表达情况。研究表明,NgRDR6可以在非生物因素ABA、GA和MeJA处理的情况下高水平表达,且在接种真菌烟草立枯病菌和烟草炭疽病菌及CMV后,NgRDR6 mRNA水平持续高水平表达达数天。而在PVY,TMV,H2O2和SA处理的情况下,NgRDR6 mRNA水平的表达量无明显变化。对克隆得到的启动子序列进行分析,发现了多个响应植物激素的特殊作用元件,如响应GA和MeJA的元件,而且还找到了响应外界胁迫的元件。这些元件的存在,也许可以解释NgRDR6在多种非生物因素处理下的表达情况。
3、将NgRDR6 cDNA全长连入pB1121载体,构建得到了NgRDR6正义表达载体,采用农杆菌介导的方法,转化本生烟(Nicotiana benthamiana),同时转空载体为对照。经卡那霉素筛选获得若干再生植株。经过PCR鉴定及半定量RT-PCR分析,结果证明NgRDR6在转基因烟草中得到成功表达。
4、将鉴定好的T0转基因植株选取两个株系进行自交繁育得到T1代。对T1进行遗传分析,发现两个株系均基本符合3:1的分离规律。在抗病毒试验中,分别接种PVY、TMV和CMV后,转基因植株只对PVY表现出较明显的抗性。