植物XRN4基因功能初步研究

摘要

5’-3’外切核酸酶(5’-3’exoribonucleases,XRNs)是生物体内广泛存在的核酸酶家族,在生物体许多生理过程中起重要作用。酵母中存在两种XRN酶,分别命名为XRN1和XRN2／Rat1；拟南芥中存在三种XRN酶,分别命名为AtXRN2,AtXRN3和AtXRN4。AtXRN2与酵母XRN2／Rat1有较高同源性,定位于细胞核；AtXRN4与酵母XRN1的同源性较高,定位于细胞质。近年研究发现,细胞质定位的XRN4在病毒与寄主互作中起重要作用,可参与病毒RNA的复制和重组。我们研究发现,烟草XRN4(NbXRN4)沉默时,促进了烟草花叶病毒(TMV)在烟草植株中的增殖,表明植物XRN4可能还参与了植物抗病毒防御过程。
　　 为深入分析植物XRN4在抗病毒过程中的作用以及利用这种作用开展抗病毒转基因植物研究,我们克隆了水稻的OsXRN4,并对其功能开展了初步研究。根据已报道的AtXRN4序列,Blast分析获得水稻OsXRN4序列,进而设计引物克隆得到OsXRN4的全长阅读框。序列分析表明OsXRN4阅读框全长2968bp,编码988个aa,预计分子量112.5kDa。OsXRN4与AtXRN4的氨基酸序列具有59.22％的同源性,同时定位分析表明OsXRN4蛋白定位于本氏烟的细胞质内,表明克隆的序列是定位于细胞质的水稻XRN4。我们分析了OsXRN4在烟草中瞬时过表达对TMV侵染的影响,结果发现OsXRN4的瞬时过表达导致了病毒复制量的增加,这与我们的预期结果相反。进一步研究发现,OsXRN4的瞬时表达导致了烟草体内同源XRN4基因的沉默。据此我们推测,与预期不一致的结果可能是由于OsXRN4过表达与NbXRN4沉默同时不同程度的发生所导致的。这也说明利用瞬时表达系统不能分析OsXRN4表达对病毒侵染的影响。对此,我们利用遗传转化手段将OsXRN4基因转入烟草,拟对转基因烟草进行抗病毒功能分析。现已获得21株经PCR、RT-PCR检测呈阳性的转基因植株,并已将部分T0代种子播种,进一步检测后用于抗病毒研究。
　　 本文开展植物XRN4参与抗病毒活性的功能研究,表明植物体在对抗病毒侵染过程中可能存在除RNA沉默机制之外的更多的抗性途径,加深了人们对于病毒.植物互作机制的理解。如果能对这些抗病途径加以利用,将有助于为抗病毒转基因植物育种提供新的研究思路。