全 文 ：生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
植物病毒沉默抑制因子研究进展
王法军 梁越 张飞云
（首都师范大学生命科学学院，北京 100048）
摘 要： RNA沉默是广泛存在于真菌﹑动物和植物中的一种特异序列降解机制。在植物中，RNA沉默是一种抵抗
外界植物病毒入侵的自然机制。但是，植物病毒通常也会采取编码沉默抑制因子的相应机制来抵抗基因沉默，以便能够
入侵植物。论述了主要沉默抑制因子的机制﹑特点和相关确认沉默抑制因子实验，并对沉默抑制因子的研究前景进行了
展望。
关键词： RNA沉默 植物病毒 沉默抑制因子
Advances in the Suppressors of Plant Viruses Encoded
Wang Fajun Liang Yue Zhang Feiyun
（College of Life Sciences，Capital Normal University，Beijing 100048）
Abstract： RNA silencing is a sequence-specific degradation mechanism that has been found in fungi，animals and
plants. In plants，RNA silencing exists as a natural defense mechanism against plant viruses. As a result，the plant viruses
have adapted mechanisms by encoding a protein called RNA silencing suppressor to infect plants. This article focused on
the mechanisms，characteristics，and associated assays used to identify these proteins，and the prospects of those suppressors
were also discussed.
Key words： RNA silencing Plant virus Silencing suppressor
·综述与专论·
RNA 沉默是一种广泛存在于线虫、真菌、动植
物体内， 发生于 RNA 水平的一种抵抗病毒对生物
体进行防御的一种有效机制。 RNA 沉默在不同的
生物体内表现出不同的作用机制：在植物体内主要
是转录后 RNA 沉默（posttranscriptional gene silenci-
ng，PTGS） 和 RNA 介导的病毒抗性 (virus-induced
gene silencing，VIGS） [1]；在真菌体内主要表现为“基
因的镇压 （quelling）” [2]； 而在动物体内则表现为
RNA 干涉（RNA interference，RNAi） [3]。 此外，还有生
物体内的共抑制 （co-suppression）， 转录水平 RNA
沉默 (transcriptional gene silencing，TGS)。 RNA 沉默
是一系列相关途径共同作用的结果。 在植物体内，
RNA 沉默主要表现为转录后基因沉默(posttranscri-
ptional gene silencing，PTGS）和病毒诱发的基因沉默
（virus-induced gene silencing，VIGS），其发生主要包
括起始阶段和维持阶段。 在起始阶段 RNA 沉默是
由 dsRNA 引发的。
RNA 沉默是植物体中抵抗病毒侵染的重要途
径 ，其主要特点之一就是没有细胞的自主性 ，从而
反映了它是植物体内一种自然抵抗病毒的过程 [4]。
植物体内的 RNA 沉默在局部被诱导之后， 可以传
播到整个植株。自然条件下，病毒侵入植物细胞，由
VIGS 产生的系统 RNA 沉默信号先于（或至少同时）
病毒传播。 如果病毒运动较快，就可以建立系统侵
染；反之，如果沉默信号跑得快，则病毒随后入侵的
系统组织中就已经建立了 RNA 沉默状态， 导致侵
染的病毒不能够进行复制而被破坏。
大多数的植物病毒通常会编码不同的 RNA 沉
默抑制因子， 从而对宿主的 RNA 沉默功能进行抑
制，使得病毒得以逃脱宿主的防御机制，侵染并且
复制成功。 自从 1998[6~9]年以来人们首先发现植物
病毒沉默抑制因子存在后，已经从多种植物病毒中
2009年第 1期
收稿日期：2008-07-25
基金项目：国家自然科学基金面上项目（30571010）
作者简介：王法军（1981-），男，在读研究生，主要从事植物分子病毒学研究；Tel：010-68902044，E-mail:wfjal2000@yahoo.com.cn
通讯作者：张飞云（1958-），女，副教授，博士，硕士生导师,主要从事植物分子病毒学研究；E-mail：feiyun39@126.com
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2009年第 2期
发现了 RNA 沉默抑制因子， 几乎所有类型的植物
病毒都编码沉默抑制因子，包括单链（正义和负链）
病毒（如烟草花叶病毒，TMV）、DNA 病毒 (如花椰菜
叶病毒，CaMv)和双链 RNA 病毒（如水稻矮缩病毒，
RDV），且植物病毒编码不止一个 RNA 沉默抑制因
子。
1 植物病毒沉默抑制因子
1.1 植物病毒沉默抑制因子主要作用机制
在植物体内，RNA 沉默通常是由 siRNA 和 mi-
RNA 介导发生的。 因此，植物病毒沉默抑制因子通
常也通过 siRNA 和 miRNA 途径进行基因沉默抑制，
从而对植物体侵染成功。对植物病毒沉默抑制因子
的作用机制大体上可以分为 siRNA 途径和 miRNA
途径。
目前，人们研究发现的沉默抑制因子大多数为
siRNA 途径的沉默抑制因子，其基本机制包括植物
病毒编码基因沉默抑制因子抑制 ssRNA形成 dsRNA；
沉默抑制因子与 dsRNA 相互作用，阻断 si-RNA 的
产生；沉默抑制因子与 siRNA 相结合影响其代谢或
者是与沉默蛋白核酸复合体相结合，阻断 RNAi 的
发生。
1.1.1 抑制 ssRNA 形成 dsRNA 马铃薯 X 病毒
（PVX） 编码的 P25 蛋白是这一类沉默抑制因子中
的典型例子。PVX 的基因组中含有 5 个开放阅读框
（ORFS），编码一个与病毒运动侵染相关的蛋白 [10]。
PVX 起初作为 VIGS 病毒的有效载体，主要应用于
鉴定沉默抑制因子。 Voinnent[10]等将 35S-P25 和 35S-
GFP 或 35S-PVX-GFP 共导入了转 GFP 基因的植
株， 研究发现大多数的植株系统沉默现象消失，而
将 35S-GFP 或 35S-PVX-GFP 分别转入 ， 系统沉默
仍旧发生，说明了 P25 能够抑制基因沉默。 嫁接试
验也证明了 PVX 能够编码一种蛋白抑制基因沉默
的发生 ， 即 PVX 基因组表达的 25 kD 的蛋白-P25
能够影响系统沉默的发生 。 P25 作用于 RNA 系统
信号的传导，其机制是抑制 ssRNA 形成 dsRNA，作
用于基因沉默的起始阶段。后来的研究证明 P25 只
能够抑制转基因诱导的 PTGS， 而不能够抑制由
VIGS 诱发的 PTGS。 由此推断，PVX RNA 基因组复
制引发了沉默的两个分支：一个对于 VIGS 不敏感，
不能被 P25 阻断 ； 另一个分支与转基因介导的
RNA 沉默相似，能被 P25 阻断 [10]。实验发现，局部和
系统的转基因诱导的基因沉默均能够被 P25 所抑
制，因此，推断 P25 作用于系统信号的上游 [10]。
1.1.2 抑制 siRNA 积累 烟草蚀纹病毒 （Tobacco
etch virus，TEV） 编码的 HC-Pro 蛋白是第一种被鉴
定出的植物病毒 RNA 沉默抑制因子， 在抑制基因
沉默的过程通常表现为蛋白酶 （Proteinase1，P1）或
HC-Pro 蛋白的形式 。 HC-Pro 能够使已经沉默的
GFP 在植株中重新表达；能够抑制病毒诱发的 RNA
沉默， 但是不能够抑制启动子序列 dsRNA 所介导
的 RNA 沉默 ； 同样能够阻断 dsRNA 前体形成
siRNA 或者是对生成的 siRNA 的稳定性产生影响。
Anandalakshm 等 [12]应用酵母双杂交技术鉴定出
了一种由烟草的 rgs-cam 基因编码，能与 HC-Pro 相
互作用共同抑制基因沉默的细胞因子，作为第一种
被鉴定出的与 RNA 沉默的细胞因子，rgs-cam 基因
的过量表达也能够导致基因沉默，因此 ，有人也把
这种细胞因子也归结为一种抑制因子。
在这一类的作用机制中，人们还发现芜菁皱缩
病毒 （Turnip crinke virus，TCV）的 CP 蛋白对 Dicer
酶有破坏作用，从而导致了 siRNA 的降解 ，抑制系
统沉默 [13，14]。
1.1.3 抑制因子与 siRNA 相结合 ， 影响 siRNA 代
谢 番茄丛矮病毒（Tomato bushy stunt virus，TBSV）
基因组有 5 个开放阅读框 (ORFS)，其中 RNA2 编码
表达抑制因子 P19，P19 在植物体内是 TBSV 的强
烈的致病因子，也是第一种明确知道与 siRNA 相结
合 、形成 P19-siRNA 复合体的抑制因子 ，结合形成
复合体之后， 使 siRNA 的不能够顺利的与 RISC 相
结合，从而阻断了沉默复合体的形成，抑制基因沉
默 [15~17]。
与基因沉默复合体相结合的沉默抑制因子——
甜菜西方黄化病毒（Beet western yellows virus，BW-
YV）是马铃薯卷叶病毒属（Polerovirus）的重要成员，
该属基因组大小为 5.7 kb 的正义单链 RNA， 有 6
个开放阅读框，编码抑制因子 P0[18，19]。 P0 含有一个
F-box 的结构域 ， 对于 P0 的沉默抑制有着重要作
用。Baumberger 等 [18~20]研究发现，P0 的 F-box 的结构
域是通过与 Argonaute 蛋白相结合，从而使其降解。
但是，P0 不能够阻挡沉默信号的传导，从而可以推
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断出 Argonaute 蛋白不参与沉默信号的传导过程。
miRNA 广泛存在于植物的基因组中，通常情况
下，miRNA 在基因表达调控中 ，作为一种负调控因
子 ， 主要在转录后水平上介导靶基因 mRNA 的降
解。目前确定的只有 3 种沉默抑制因子 P1/HC-Pro、
P19 和 P15 对 miRNA 的积累或者是 miRNA 的导向
作用有影响 [21，22]。 Elisabeth 等 [22]将番茄丛矮病毒（T-
BSV）的沉默抑制因子 P19 转化到拟南芥之后植株
生长异常， 可能是由于 P19 改变了内源的 miRNA
的调节途经，从而改变植株基因组表达导致病毒能
够侵染。 研究发现，在 miRNA 参预组装的 RISC 复
合体中， 通常需要解链的 miRNA/miRNA 二聚体来
介导 ， 从而降解 miRNA。 P19 和 P21 是通过干扰
miRNA/miRNA 来抑制 RISC 复合体的形成。 由此分
析， 在植物体内 siRNA 和 miRNA 是由不同的病毒
蛋白调控的，其调控路径也可能是不同的 [22]。
1.2 植物病毒沉默抑制因子的主要特点
1.2.1 沉默抑制因子与 siRNA 的结合存在选择
性 RNA 沉默抑制因子作用机制之一就是通过与
siRNA 的结合来影响 siRNA 的代谢，从而抑制基因
沉默。但是很多植物病毒沉默抑制因子与 siRNA 的
结合存在着结构和核苷酸数目的选择性。例如，P19
（TBSV）对于 dsRNA 的结合能力与其核苷酸的数目
有种较大的关系 ，P19 与 21-nt siRNA 的结合能力
相对 26-nt siRNA 更强些；同样甜菜黄化病毒（Beet.
yellow virus，BYV）P21 和 花 生 丛 矮 病 毒 （Peanut
clump virus，PCV） 的 P15 对于 21-nt siRNA 的结合
能力相对于 26-nt siRNA 更强些；HC-Pro 结合 21-nt
siRNA 的能力相对 19-nt siRNA 结合能力更强 [23，24]。
不同的沉默抑制因子对于 dsRNA 的结构也有
不同的要求 。 例如 ，P19 通常以二聚体的形式与
dsRNA 相结合，P19 （TBSV） 链的中间和 C-末端与
dsRNA 的茎柄相结合 ，N-末端则与 dsRNA 的 5′端
相结合。 另外，对于 dsRNA 的 3′-末端不同的植物
病毒沉默抑制因子也有着不同的要求。例如甜菜坏
死黄脉病毒（Beet necrotic yellow vein virus，BNYVV）
的 P14 和芜菁皱缩病毒 （Turnip crinkle virus，TCV）
的 CP 抑制因子结合 19-nt dsRNA 和 21-nt dsRNA
的能力相同， 说明了这些抑制因子与 dsRNA 的结
合不需要 3′-末端的两个核苷酸。 然而 PCV P15 和
BSMV γB 则在实验中证明不能够与 19-nt dsRNA
结合， 说明了 PCV P15 和 BSMV γB 需要 siRNA 的
3′末端才能够更好的与 dsRNA 相结合。 由此知道，
TCV CP 与 P14（BNYVV）与 dsRNA 的茎环相结合而
不是与 ds-RNA 的末端相结合， 相反，P15 和 γB 则
是与 dsRNA 的末端相结合 [23，24]。
1.2.2 植物病毒沉默抑制因子的分类 植物病毒
编码的沉默抑制因子根据作用机制可以分为两大
类：第一类，影响小 RNA 代谢的沉默抑制因子 ，这
类沉默抑制因子是通过阻断 siRNA 的产生或者与
siRNA 的结合从而降低了 siRNA 的积累，抑制或者
阻断基因沉默 [24，25]。例如 HC-Pro 抑制因子能够强烈
的局部干扰 dsRNA 前体形成 siRNA 或者是降低
siRNA 的稳定性 ， 是一个强烈的局部沉默抑制因
子；番茄丛矮病毒（TBSV）编码的沉默抑制因子 P19
能够与 siRNA 相结合，抑制基因沉默。第二类，系统
沉默抑制因子，通常能够阻断信号的传导 ，但是对
于局部的沉默抑制有很小的作用。 例如 CMV 的 2b
蛋白，能够直接的干扰可移动沉默信号的活性来抑
制 RNA 沉默。 但是，在渗透试验中，由于农杆菌本
身也是一种植物细菌，渗透同样能够诱发植物的抵
抗反应， 可能会引起一些沉默抑制因子活性的改
变，因此不同的沉默抑制因子和不同的系统 ，沉默
抑制因子的作用会有所不同 ， 其分类可能也就不
同 [24，25]。
1.2.3 沉默抑制因子有寄主特异性 有一些沉默
抑制因子存在着寄主特异性，它们只在特定的寄主
组织中抑制基因沉默。 例如，番茄丛矮病毒(TBSV)
P19 蛋白，它在植物体内能够通过抑制病毒诱导产
生的基因沉默（VIGS）来提高系统的侵染。 P19 的抑
制性与致病性是紧密相关的，且受到遗传因素的重
要影响， 并且 P19 结构的中间区域是抑制 RNA 沉
默、依赖宿主特异性所必需的 [26，27]。 在烟草蚀纹病
毒(TEV)编码的 HC-Pro 抑制试验中发现，HC-Pro 不
能够抑制拟南芥的 PTGS，而可以抑制烟草的 PTGS，
由此可以看出，HC-Pro存在着寄主特异性[26~28]。
1.2.4 植物病毒转录后沉默抑制因子不能够抑制
转录水平的基因沉默 在同源依赖性的基因沉默
(homology-dependent gene silencing，HDGS) 试验中 ，
P1/HC-Pro（PVX）和 2b（CMV）感染烟草 ，烟草中均
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能够逆转 Nii 基因 (Endogenous nitrite reductase gene)
的 PTGS， 但是不能够逆转 35S-GUS 转基因植株的
TGS。 从而推断出 PTGS 和 TGS 这两种途径分别是
独立的，或者是 P1/HC-Pro 和 2b 在 PTGS 中的抑制
作用是在两种共有途径的下游水平 [28]。
2 植物病毒沉默抑制因子的主要研究方法
在植物体内研究沉默抑制因子的植物材料一
般会选择烟草本塞姆氏（Nicotiana benthamiana），也
有把烤烟（Nicotiana tobacco）作为植株嫁接材料的。
近年来，特别是在研究 miRNA 介导的沉默抑制时，
也有人选择拟南芥作为试验材料。 另外，转基因烟
草，包括稳定性表达报告基因 GFP 的烟草 16C[29]和
稳定性表达 GUS 以及 GUS 被沉默的表达烟草 6B5
[30]等也被广泛应用。
在植物体系中研究基因沉默抑制因子的主要
方法有农杆菌的瞬时表达试验、利用病毒进行的逆
转实验以及利用嫁接进行的稳定性表达研究。
瞬时表达试验突出的优点是快速的确立抑制
因子的手段之一。沉默抑制因子基因和报告基因分
别转入农杆菌，混合或者是单独侵染不同的植物体
部位﹑不同的时间，从而达到研究的目的。其不足之
处在于混合侵染时两种农杆菌的相对量的控制。即
一定要保证大多数表达报告基因的细胞内都有沉
默抑制因子的表达。这一种方法主要应用在确立沉
默抑制因子以及对系统信号的作用分析 [30]。
RNA 的沉默逆转试验首先被应用在确立能够
抑制基因沉默的病毒中。用病毒侵染已经沉默的植
株，使目的基因在植株体内广泛的表达，观察已经
建立的基因沉默是否能够逆转。目前比较常用的病
毒是 PVX，该病毒可以很好的侵染宿主 ，同时 P25
不具有逆转活性，对系统表达是一种十分有效的载
体。这种试验方法不足之处在于病毒侵染植物体能
够对宿主正常的生理机能产生伤害 [31]。
稳定性表达试验的优点在于在试验过程中不
涉及其他基因的表达，可信度非常高。 其试验常利
用已经转抑制因子基因与报告基因沉默的植株进
行杂交，以此来研究沉默抑制因子的功能。 通常嫁
接已经沉默的植株、报告基因表达株和表达沉默抑
制因子来研究抑制时系统沉默信号作用。其缺点也
非常明显，就是要有很稳定的转基因植株，操作难
度比较大，要求实验条件高 [32]。
3 沉默抑制因子的应用及展望
在植物基因工程中，人们往往将目的基因转入
植物体内，以便表达有用的目的蛋白，即植物反应
器。但是，往往由于基因沉默的发生而受到限制，利
用基因沉默抑制因子与目的基因共表达可以使目
的基因持续而大量的表达。 例如，可以在医药生产
中大量表达稀有药物等，特别是在稀有疫苗的生产
方面有着重要的研究意义。
利用沉默抑制因子能够鉴定基因的未知功能。
目前，植物中已确定的参与基因沉默的基因的功能
大多数是通过遗传突变的方法得到的。 但是，遗传
突变的方法不能够确立这些基因在 PTGS 中的具
体位置，而目前已经研究发现基因沉默抑制因子作
用于 PTGS 的不同位点 ，因此 ，可以利用沉默抑制
因子与遗传突变的方法确定这些细胞内基因的位
置，以便能更有效地了解基因沉默的发生机制 [33]。
过去对植物病毒编码的沉默抑制因子的研究
取得了很大进展，Jecfery[23]等还得到了 CIRV P19 的
晶体结构。 但是，对于沉默抑制因子具体的作用机
制以及沉默抑制因子之间的协作作用仍有待进一
步研究。植物体内的基因沉默机制是植物抵抗病毒
侵染的有效途径，为基因沉默抑制因子的作用机理
的研究， 提供了一个研究基因沉默的思路和平台，
对于了解基因沉默的发生及作用特点有很多帮助。
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