قابلیت تکثیر یک وکتور VIGS بر پایه ALSV در توت‌فرنگی وحشی و شنبلیله

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد، گروه گیاه پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.

چکیده

هدف:
امروزه، از ویروس ها، به علت توانایی طبیعی ویروس ها در انتقال ژن و الحاق به ژنوم میزبان، به عنوان ابزاری قوی برای خاموشی ژن‌های درونی گیاه و انتقال ژن بیگانه به درون سلول‌های میزبان استفاده می‌شود. سیستم خاموشی ژن القاءشده توسط ویروس (VIGS) در ژنتیک گیاهی به دلیل سهولت در استفاده و صرف زمان کوتاه برای ایجاد فنوتیپ موردنظر، کاربرد زیادی دارد. در این راستا، وکتور ویروسی کروی پنهان سیب (ALSV) می‌تواند برای VIGS پایدار و مؤثر در میان طیف گسترده‌ای از گیاهان ازجمله آرابیدوپسیس، درختان میوه رزاسه، سولاناسه، فاباسه، کوکوربیتاسه، اسکروفولاریاسه، و چند خانواده دیگر کاربرد داشته باشد. در این تحقیق بهینه‌سازی تکثیر و کاریرد گسترده‌تر وکتور VIGS بر پایه ALSV در گیاهان باغبانی و معرفی میزبانی جدید برای این وکتور ویروسی مدنظر بوده است.
مواد روش‌ها:
برای این منظور بذور توت‌فرنگی وحشی (Fragaria vesca) (توده Hawaii-4 (H4) (PI551572)) و شنبلیله (Trigonella foenum-graceum) کشت شده و گیاهان حاصل برای مایه زنی مورد هدف قرار گرفتند و از گیاه کینوا (Chenopodium quinoa) به‌عنوان یک گیاه واسطه برای تکثیر ویروس استفاده شد. بدین منظور، پلاسمیدهای ویروسی pEALSR1 و pEALSR2 با دو روش کاربرد کاربوراندوم و تزریق با سرنگ به گیاه کینوا انتقال یافتند.
نتایج:
گیاهان کینوا بعد از 3-5 هفته، آلودگی به ویروس موردنظر را به‌صورت علائم نکروز و کلروز بروز دادند. سپس عصاره این گیاهان آلوده به ویروس استخراج شد و روی گیاهان توت‌فرنگی و شنبلیله مایه‌زنی انجام شد. در هفته پنجم بعد از مایه‌زنی، استخراج RNA کل از برگ‌های توت‌فرنگی و شنبلیله و کینوا و درنهایت RT-PCR انجام شد. نتایج نشان داد که قطعه موردنظر متعلق به پلاسمید pEALSR2 به طول 211 جفت باز بوده و با استفاده از RT-PCR انجام گرفته روی RNA استخراج شده از این گیاهان تکثیر شده است.
نتیجه‌گیری: این موضوع نشان می‌دهد که این وکتور ویروسی به سلولهای گیاهان مورد بررسی وارد شده و تا حدی که با روشهای مولکولی قابل تشخیص یاشد، تکثیر شده است و بنابراین، می‌توان از این وکتور برای خاموشی ژن و بیش‌بیان ژنهای کوچک در این گیاهان استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Replicability of an ALSV-based VIGS vector in wild strawberry and fenugreek

نویسندگان [English]

  • Nasser Mahna 1
  • Alireza Taymouri 2
  • Nemat Sokhandan Bashir 3
1 Associate Professor, Department of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 MSc. Student, Department of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Professor, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

Objective
Nowadays, due to the intrinsic ability of viruses in transferring genes and their incorporation into the host genome, they are used as a powerful tool for silencing and overexpression of different genes in plants. Virus-induced gene silencing (VIGS) is widely used in plant genetics for knocking genes down thanks to its ease of use and the short time required to generate the associated phenotype. Apple latent spherical virus (ALSV)-based vectors can be used for effective and stable VIGS in a broad range of plant families such as Brassicaceae, Rosaceae, Solanaceae, Fabaceae, Cucurbitaceae, Scrophulariaceae and so forth. However, to the best of our knowledge, there is no report on the replicability and applicability of this viral vector in wild strawberry and fenugreek. In this research, we aimed to optimize and evaluate the propagation of an ALSV-based VIGS vector in these two horticultural plants.
Materials and methods
The seeds from the accession Hawaii-4 (H4) (PI551572) of the woodland (wild) strawberry, Fragaria vesca L. ssp. vesca f. alba (Ehrh.) Staudt, and Trigonella foenum-graceum (fenugreek) were planted and thereafter, the grown plants were used for inoculation. The Chenopodium quinoa was used as a propagation mediator plant. To do this, viral plasmids pEALSR1 and pEALSR2 were inoculated into C. quinoa plants by two methods, carborundum-mediated and injection-by-syringe.
Results
The C. quinoa plants showed virus-induced chlorosis and necrosis symptoms 3-5 week after inoculation. Subsequently, the extract of infected plant tissues was inoculated onto the leaves of wild strawberry and fenugreek plants. Total RNA were extracted from all inoculated leaves and used for RT-PCR. Results indicated that a 211 bp fragment of pEALSR2 plasmid was amplified using RNA of all inoculated plants.
Conclusions
It was concluded that this ALSV-based vector was introduced and propagated in the target plants and can be used successfully as a VIGS vector in these plants for gene silencing and overexpression purposes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fragaria vesca
  • Virus-induced gene silencing
  • Trigonella foenum-graceum
  • Apple latent spherical virus
  • Quinoa

مراجع

Becker A, Lange M (2010) VIGS–genomics goes functional. Trends Plant Sci 15, 1-4.
Chapman S, Kavanagh T, Baulcombe D (1992) Potato virus X as a vector for gene expression in plants. Plant J 2, 549-557.
Devani RS, Kute A, John S et al. (2020) Development of a Virus-Induced Gene Silencing System for Dioecious Coccinia grandis. Mol Biotechnol 62, 412-422.
Fujita N, Kazama Y, Yamagishi N et al. (2019) Development of the VIGS System in the Dioecious Plant Silene latifolia. Int J Mol Sci 20.
Gambino G, Perrone I, Gribaudo I (2008) A rapid and effective method for RNA extraction from different tissues of grapevine and other woody plants. Phytochem Anal 19, 520-525.
Igarashi A, Yamagata K, Sugai T et al. (2009) Apple latent spherical virus vectors for reliable and effective virus-induced gene silencing among a broad range of plants including tobacco, tomato, Arabidopsis thaliana, cucurbits, and legumes. Virol 386, 407-416.
Izuishi Y, Isaka N, Li H et al. (2020) Apple latent spherical virus (ALSV)-induced gene silencing in a medicinal plant, Lithospermum erythrorhizon. Sci Rep 10, 13555.
Jin W, Zhang Y, Su X et al. (2022) First report of apple latent spherical virus infecting Angelica sinensis. Plant Dis 107(4), 1252.
Kamada K, Omata S, Yamagishi N et al. (2018) Gentian (Gentiana triflora) prevents transmission of apple latent spherical virus (ALSV) vector to progeny seeds. Planta 248, 1431-1441.
Kon T, Yoshikawa N (2014) Induction and maintenance of DNA methylation in plant promoter sequences by apple latent spherical virus-induced transcriptional gene silencing. Front Microbiol 5, 595.
Kootstra NA, Verma IM (2003) Gene therapy with viral vectors. Annu Rev Pharmacol 43, 413-439.
Lange M, Yellina AL, Orashakova S et al. (2013) Virus-induced gene silencing (VIGS) in plants: an overview of target species and the virus-derived vector systems. Virus-Induced Gene Silencing: Methods and Protocols, 1-14.
Li C, Hirano H, Kasajima I et al. (2019a) Virus-induced gene silencing in chili pepper by apple latent spherical virus vector. J Virol Methods 273, 113711.
Li C, Yamagishi N, Kasajima I et al. (2019b) Virus-induced gene silencing and virus-induced flowering in strawberry (Fragaria x ananassa) using apple latent spherical virus vectors. Hortic Res 6, 18.
Li C, Yoshikawa N, Takahashi T et al. (2000) Nucleotide sequence and genome organization of Apple latent spherical virus: a new virus classified into the family Comoviridae. J Gen Virol 81, 541-547.
Lu R, Malcuit I, Moffett P et al. (2003) High throughput virus-induced gene silencing implicates heat shock protein 90 in plant disease resistance. EMBO J 22, 5690-5699.
Luo Y, Na R, Nowak JS et al. (2021) Development of a Csy4-processed guide RNA delivery system with soybean-infecting virus ALSV for genome editing. BMC Plant Biol 21, 419.
Mancinotti D, Rodriguez MC, Frick KM et al. (2021) Development and application of a virus-induced gene silencing protocol for the study of gene function in narrow-leafed lupin. Plant Methods 17, 131.
Ogata T, Toyoshima M, Yamamizo-Oda C et al. (2021) Virus-Mediated Transient Expression Techniques Enable Functional Genomics Studies and Modulations of Betalain Biosynthesis and Plant Height in Quinoa. Front Plant Sci 12, 643499.
Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T (1989) Molecular cloning: a laboratory manual. Cold spring harbor laboratory press.
Sasaki S, Yamagishi N, Yoshikawa N (2011) Efficient virus-induced gene silencing in apple, pear and Japanese pear using Apple latent spherical virus vectors. Plant Methods 7, 1-11.
Satoh N, Kon T, Yamagishi N et al. (2014) Apple latent spherical virus vector as vaccine for the prevention and treatment of mosaic diseases in pea, broad bean, and eustoma plants by Bean yellow mosaic virus. Viruses 6, 4242-4257.
Taki A, Yamagishi N, Yoshikawa N (2013) Development of apple latent spherical virus-based vaccines against three tospoviruses. Virus Res 176, 251-258.
Werner Ribeiro C, Duge de Bernonville T, Glevarec G et al. (2020) ALSV-Based Virus-Induced Gene Silencing in Apple Tree (Malus x domestica L.). Methods Mol Biol 2172, 183-197.
Yaegashi H, Yamatsuta T, Takahashi T et al. (2007) Characterization of virus-induced gene silencing in tobacco plants infected with apple latent spherical virus. Arch Virol 152, 1839-1849.
Yamagishi N, Sasaki S, Yamagata K et al. (2011) Promotion of flowering and reduction of a generation time in apple seedlings by ectopical expression of the Arabidopsis thaliana FT gene using the Apple latent spherical virus vector. Plant Mol Biol 75, 193-204.
Yamagishi N, Yoshikawa N (2022) Efficient virus-induced gene silencing system in pumpkin (Cucurbita maxima) using apple latent spherical virus vector. J Virol Methods 301, 114456.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 15، شماره 3
مهر 1402
صفحه 97-114

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار