基于Trichosanthes mottle mosaic病毒的高效基因沉默系统在葫芦科作物中的建立与应用

为解决葫芦科作物基因功能研究受限于遗传转化效率低的问题，中国农业科学院植物保护研究所团队开发了基于Trichosanthes mottle mosaic virus (TrMMV)的病毒诱导基因沉默(VIGS)系统。研究证实该载体在烟草及黄瓜、甜瓜等四种葫芦科作物中能稳定诱导目标基因沉默，尤其在甜瓜中实现56.5%-89.5%的沉默效率，并首次在花朵中观察到显著光漂白表型。该单组分载体操作简便、宿主范围广，为葫芦科作物功能基因组研究提供了新工具。

　　

研究背景
葫芦科家族拥有黄瓜、西瓜等重要的经济作物，其基因组测序虽已完成，但基因功能研究长期受限于遗传转化效率低下的瓶颈。传统方法需耗时数月获得转基因植株，而病毒诱导基因沉默(VIGS)技术能绕过遗传转化，通过病毒载体直接诱导基因沉默。然而现有VIGS载体如ALSV需基因枪轰击，TRSV/TRV载体存在沉默效率低、宿主局限等问题。中国农业科学院植物保护研究所团队此前发现的Trichosanthes mottle mosaic virus (TrMMV)具有广谱感染葫芦科作物的特性，这为开发新型VIGS系统提供了突破口。

关键技术方法
研究通过改造TrMMV基因组，在运动蛋白(MP)和外壳蛋白(CP)间插入多克隆位点(MCS)构建TrMMV-MCS载体；采用农杆菌介导转化法接种本氏烟及四种葫芦科作物；通过表型观察、RT-qPCR和Northern blot验证沉默效率；比较90-400 bp不同长度插入片段对沉默效果的影响。

研究结果

TrMMV-MCS载体在本氏烟中的基因沉默
将本氏烟镁螯合酶(Su)基因215 bp片段插入载体后，接种植株出现叶片白化表型，RT-qPCR显示Su mRNA表达降低92%。机械接种后沉默表型持续至花萼，证实该系统具有长效性。

TrMMV-MCS在多种葫芦科作物中的沉默效应
插入213 bp的八氢番茄红素脱氢酶(PDS)保守片段后，黄瓜、西葫芦等四种作物均出现叶片光漂白现象。西瓜中沉默表型出现较晚(30 dpi)，而甜瓜表现出最高沉默效率(89.5%)。

插入片段长度对沉默效率的影响
150-213 bp片段在甜瓜中诱导全叶光漂白，400 bp片段则延迟表型出现。值得注意的是，TrMMV-CuPDS₂₁₃在甜瓜花朵中引发显著光漂白，这是首次报道VIGS系统在葫芦科花卉中的成功应用。

讨论与意义
该研究创制的TrMMV-VIGS系统具有三大优势：单组分基因组简化操作流程，克服了双组分载体如TRV需混合接种的缺陷；广谱宿主范围覆盖西瓜等TRSV无法感染的物种；在甜瓜中实现花朵特异性沉默，为研究葫芦科花卉发育基因提供新工具。研究同时揭示150-213 bp为最佳插入片段长度，400 bp以上可能影响病毒移动效率。

这一成果发表于《Stress Biology》，为葫芦科作物抗病育种和品质改良提供了高效研究平台。特别是对甜瓜花卉性状的调控能力，将加速观赏型和食用型品种的定向育种进程。未来可进一步探索该系统在药用葫芦科植物次生代谢研究中的应用价值。