全 文 ：麦类作物学报　２０１３，３３（２）：４０１－４０６
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｒｉｔｉｃｅａｅ　Ｃｒｏｐｓ
网络出版时间：２０１３－３－５
网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／６１．１３５９．Ｓ．２０１３０３０５．１１４９．０２６．ｈｔｍｌ
ＶＩＧＳ技术在禾本科植物中的应用研究进展
＊?
李淼淼，南富波，刘 伟，李卫华
（石河子大学农学院／新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子８３２００３）
摘　要：病毒诱导基因沉默（Ｖｉｒｕｓ－ｉｎｄｕｃｅｄ　ｇｅｎｅ　ｓｉｌｅｎｃｉｎｇ，ＶＩＧＳ）是一种转录后基因沉默现象。近年来在
植物基因功能研究中，ＶＩＧＳ技术作为一种快速、高效、高通量的反向遗传学新技术发挥了重要作用。尤其在
禾本科植物基因功能研究中ＶＩＧＳ技术得到了广泛的应用。本文阐述了ＶＩＧＳ技术的发现及作用机制，并重
点介绍了在禾本科植物中应用的ＶＩＧＳ载体及功能基因组学研究的应用实例，最后探讨了ＶＩＧＳ技术在禾本
科植物中影响沉默效率的因素、局限性及应用前景。
关键词：禾本科植物；ＶＩＧＳ；功能基因组
中图分类号：Ｓ５１２．１；Ｓ３３０　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１００９－１０４１（２０１３）０２－０４０１－０６
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ＶＩＧＳ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｆ　Ｇｒａｍｉｎｅａｅ　Ｐｌａｎｔｓ
ＬＩ　Ｍｉａｏ－ｍｉａｏ，ＮＡＮ　Ｆｕ－ｂｏ，ＬＩＵ　Ｗｅｉ，ＬＩ　Ｗｅｉ－ｈｕａ
（Ｓｈｉｈｅｚｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ／Ｔｈｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｏａｓｉｓ　Ｅｃｏ－ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｂｉｎｇｔｕａｎ，Ｓｈｉｈｅｚｉ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　８３２００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖｉｒｕｓ－ｉｎｄｕｃｅｄ　ｇｅｎｅ　ｓｉｌｅｎｃｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｐｏｓｔ－ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌ　ｇｅｎｅ　ｓｉｌｅｎｃｉｎｇ（ＰＧＴＳ）ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ．
Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ＶＩＧＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｓ　ａ　ｆａｓｔ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ｈｉｇｈ－ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ　ｒｅｖｅｒｓｅ　ｇｅｎｅｔｉｃｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ
ｐｌａｙｅｄ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｐｌａｎｔ　ｇｅｎｅｓ．Ａｎｄ　ｅｓｐｅｃｉａｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｔｕｄ－
ｙ　ｏｆ　ｇｒａｍｉｎｅａｅ　ｐｌａｎｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｍｏｓｔ　ｃｌｏｓｅｌｙ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｕｍａｎ，ＶＩＧＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅ－
ｌｙ　ｕｓｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ＶＩＧＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ　ｆｏｃｕｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ
ＶＩＧＳ　ｖｅｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ｉｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｇｅｎｏｍｉｃｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　ｇｒａｍｉｎｅａｅ　ｐｌａｎｔｓ．Ｆｉｎａｌ－
ｌｙ，ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｓｉｌｅｎｃｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ＶＩＧＳ　ｔｅｃｈ－
ｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｇｒａｍｉｎｅａｅ　ｐｌａｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｇｒａｍｉｎｅａｅ；ＶＩＧＳ；Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｇｅｎｏｍｉｃｓ
　　研究植物基因功能的传统方法有化学诱变、
农杆菌介导的Ｔ－ＤＮＡ转座子、ＲＮＡｉ技术等，但
这些研究方法均存在一定的局限，比如研究周期
长、需要遗传转化且转化效率低［１－４］，从而限制了
这些方法快速高效的应用于植物基因功能的研
究。近年来发展起来的病毒诱导基因沉默（Ｖｉ－
ｒｕｓ－ｉｎｄｕｃｅｄ　ｇｅｎｅ　ｓｉｌｅｎｃｉｎｇ，ＶＩＧＳ）技术，由于具
有快速、有效、高通量等明显优点，使得其很快成
为植物功能基因组学研究的首选技术手段［１］。到
目前为止，ＶＩＧＳ技术在禾本科植物中的应用已
经有十年多的时间，但总结性论述尚未见报道。
因此，笔者对ＶＩＧＳ技术在禾本科植物中应用的
研究进展进行了综述，以期为相关研究提供参考。
１　ＶＩＧＳ的发现及作用机制
ＶＩＧＳ是指携带目标基因片段的病毒侵染植
物后，可诱导植物内源基因沉默，引起其表型变化
的一种现象。ＶＩＧＳ是近年来发现的一种转录后
基因沉默现象，已作为一种高效、强有力的反向遗
传学新技术应用于植物基因功能研究中［５］。１９９５
＊　收稿日期：２０１２－１１－１３　　　修回日期：２０１３－０１－１１
基金项目：国家自然科学基金项目（３１１６０２７９）。
作者简介：李淼淼（１９８８－），男，在读硕士，主要从事小麦品质遗传改良研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｏｎｇｘｕｅｍｉａｏｍｉａｏ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
通讯作者：李卫华（１９６８－），女，博士，教授，主要从事小麦品质改良和分子机理研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｗｈ＿ａｇｒ＠ｓｈｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
年 Ｋｕｍａｇａｉ等［６］首次利用重组烟草花叶病毒
（Ｔｏｂａｃｃｏ　ｍｏｓａｉｃ　ｖｉｒｕｓ，ＴＭＶ）在本氏烟中成功
沉默了植物内源八氢番茄红素脱氢酶（Ｐｈｙｔｏｅｎｅ
ｄｅｓａｔｕｒａｓｅ，ＰＤＳ）基因。此后，ＶＩＧＳ技术广泛应
用于植物基因功能的研究。
目前对ＶＩＧＳ分子作用机制比较一致的认识
是：携带有目的基因的重组病毒载体侵染植物后
进行大量复制，并在ＲＮＡ介导的ＲＮＡ聚合酶作
用下产生大量目的基因的双链 ＲＮＡ（ｄｓＲＮＡ）。
ｄｓＲＮＡ被类似 ＲＮＡａｓｅⅢ家族的特异性核酸内
切酶 Ｄｉｃｅｒ切割成２１～２４ｎｔ的小干扰 ＲＮＡ
（ｓｉＲＮＡ）。随后ｓｉＲＮＡ和ＲＮＡ诱导的沉默复合
体（ＲＮＡ－ｉｎｄｕｃｅｄ　ｓｉｌｅｎｃｉｎｇ　ｃｏｍｐｌｅ，ＲＩＳＣ）结合。
ＲＩＳＣ引导ｓｉＲＮＡ和内源基因的 ｍＲＮＡ结合并
对ｍＲＮＡ进行切割，被切断的 ｍＲＮＡ片段随机
降解，从而引起目的基因在 ＲＮＡ 水平的沉
默［１，５，７］。
２　ＶＩＧＳ载体在禾本科植物中的应用
目前在禾本科植物中成功应用的ＶＩＧＳ载体
有三个，即大麦条纹花叶病毒（Ｂａｒｌｅｙ　ｓｔｒｉｐｅ　ｍｏ－
ｓａｉｃ　ｖｉｒｕｓ，ＢＳＭＶ）、雀麦草花叶病毒（Ｂｒｏｍｅ　ｍｏ－
ｓａｉｃ　ｖｉｒｕｓ，ＢＭＶ）和水稻东格鲁杆状病毒（Ｒｉｃｅ
ｔｕｎｇｒｏ　ｂａｃｉｌｉｆｏｒｍ　ｖｉｒｕｓ，ＲＴＢＶ）。其中前两个是
ＲＮＡ病毒，最后一个是ＤＮＡ病毒。ＢＳＭＶ载体
主要应用在小麦、大麦、燕麦、野生二粒小麦、簇毛
麦、二穗短柄草等禾本科植物中［８－１３］。ＢＭＶ载体
主要应用于水稻、玉米、大麦等禾本科植物
中［１４－１６］，而ＲＴＢＶ载体主要在水稻上应用［１７］。
ＢＳＭＶ是大麦病毒家族的一个成员，它是包
含有α、β、γ三个部分基因组的ＲＮＡ病毒
［１８］。目
前ＢＳＭＶ载体主要是利用修饰过的β、γ分子作
为重组的载体。其中最常用的是γ分子作为重组
的载体。Ｈｏｌｚｂｅｒｇ［１９］首次通过在γｂ的 ＯＲＦ终
止子下游插入ＰａｃⅠ和 ＮｏｔⅠ克隆位点，使得
ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ系统第一次在禾本科植物大麦中得
到应用。另外一种策略是在γｂ编码序列的上游
引入克隆位点［１３，２０］。最近ＢＳＭＶ的β分子也被
修 饰 用 于 ＶＩＧＳ 系 统 中。Ｋａｗａｌｅｋ 等［２１］将
ＢＳＭＶβｃ的ＯＲＦ和多聚 Ａ之间插入ＢａｍＨＩ克
隆位点对ＢＳＭＶβ分子进行修饰。此外，Ｃｈｅｎｇ
等［１３］将ＢＳＭＶ的γｂ基因编码区改造为一个不
依赖于连接反应的克隆位点（Ｌｉｇａｔｉｏｎ－ｉｎｄｅｐｅｎｄ－
ｅｎｔ　ｃｌｏｎｉｎｇ，ＬＩＣ），使其满足高通量克隆的要求。
此外，Ｃａｍｐｂｅｌ等［２２］还利用ＢＳＭＶ的β、γ分子
分别携带两个目的基因的重组载体侵染大麦，实
现了两个基因的同时沉默。
ＢＭＶ是属于雀麦草花叶病毒属的一个ＲＮＡ
病毒，相对于ＢＳＭＶ 在 ＶＩＧＳ体系中应用的较
少。ＢＭＶ和ＢＳＭＶ一样都是由三部分基因组构
成的，分别是 ＲＮＡ１、ＲＮＡ２、ＲＮＡ３［２３］。目前将
ＢＭＶ载体进行改造的一个策略是利用具有更方
便的限制性克隆位点的Ｒ－ＢＭＶ的ＲＮＡ３分子替
换Ｆ－ＢＭＶ的ＲＮＡ３分子。２００６年Ｄｉｎｇ等［１４］首
次将分离得到的Ｆ－ＢＭＶ进行改造作为ＶＩＧＳ系
统的载体，在水稻、玉米、大麦上成功进行了
ＶＩＧＳ实验。另一个将ＢＭＶ载体进行的改造是
在ＲＮＡ３分子的３＇ＵＴＲ区引入一段核苷酸和两
个克隆位点，成功在大麦中实现了ＰＤＳ基因的沉
默［１６］。最近在另一个实验中，Ｂｅｎａｖｅｎｔｅ等［１５］利
用ＢＭＶ－ＶＩＧＳ技术在玉米中成功实现了基因
沉默。
ＲＴＢＶ是一个属于格鲁病毒属的具有双链
ＤＮＡ的拟逆转录病毒［２４］。ＲＴＢＶ的基因组大约
８ｋｂ，包括四个开放阅读框ＯＲＦｓ　Ｉ－ＩＶ，其中ＯＲＦ
Ｉ、ＩＩ和ＩＶ编码的蛋白功能仍然不清楚。ＯＲＦ
ＩＩＩ编码一个包括衣壳蛋白、天冬氨酸蛋白酶和反
转录核糖核酸酶 Ｈ等的多蛋白体［２５］。通过引入
多克隆位点改造ＲＴＢＶ载体，首次通过农杆菌接
种的方法利用ＤＮＡ病毒载体在水稻中成功实现
了基因沉默［１７］。
３　ＶＩＧＳ在禾本科植物功能基因组学中的
应用
ＶＩＧＳ在禾本科植物中的应用只有短短十年
的时间，但其研究的基因涉及了包括植物生长发
育、抗病虫、抗干旱、品质改良等过程。
３．１　生长发育过程中相关基因的功能分析
八氢番茄红素脱氢酶（ＰＤＳ）是在光合作用过
程中类胡萝卜素合成的关键酶，该基因沉默会引
起沉默区域失绿，因此在 ＶＩＧＳ实验中常用作指
示基因。Ｈｏｌｚｂｅｒｇ等［１９］利用重组的ＢＳＭＶ载体
在大麦上实现了ＰＤＳ基因沉默，这也是ＶＩＧＳ技
术第一次在禾本科植物中成功应用。此后ＶＩＧＳ
技术在禾本科植物中的小麦［８，１３］、大麦［９］、水
稻［１７］、燕麦［１０］、二穗短柄草［１０，１３］、簇毛麦［１２］、野生
二粒小麦［１１］等中都成功实现了ＰＤＳ基因沉默。
另外，最近Ｂｅｎｎｙｐａｕｌ等［８］等还通过构建ＰＤＳ基
因的ＢＳＭＶ重组载体研究ＶＩＧＳ的遗传性。
植物中的磷脂酶Ｄ（Ｐｈｏｓｐｈｏｌｉｐａｓｅ　Ｄ，ＰＬＤ）
·２０４· 麦　类　作　物　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３３卷
在多种信号转导过程中起关键作用，包括细胞凋
亡、衰老、生物和环境胁迫反应等［２６］。Ｋａｗａｌｅｋ
等［２１］利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术在小麦上将ＰＬＤ基
因进行沉默，发现该基因沉默后导致叶片龟裂，埃
文斯蓝染色表明濒临接种处的细胞死亡，表明该
基因和细胞凋亡有关。肌动蛋白（Ａｃｔｉｎ）是细胞
的一种重要骨架蛋白。它在细胞分泌、吞噬、移
动、胞质流动和胞质分离等过程中起重要作
用［１４］。Ｄｉｎｇ等［１４］利用ＢＭＶ－ＶＩＧＳ技术在水稻
中成功实现了 Ａｃｔｉｎ 基因的沉默，也为利用
ＢＭＶ－ＶＩＧＳ技术在水稻中更多的应用奠定基础。
Ｂｅｎｎｙｐａｕｌ等［８］利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术在小
麦中通过反义构建ＣＯＩ１基因的沉默载体，在根
中实现了该基因的沉默，其转录本下降８５％，同
时根长降低了２６％。Ｐａｃａｋ等［１０］发现 ＢＳＭＶ－
ＶＩＧＳ技术也可以应用到大麦根的生长发育过程
中基因功能的研究。
此外，Ｏｉｋａｗａ等［２７］利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术
在大麦中研究Ｐ２３Ｋ 基因的功能，发现Ｐ２３Ｋ 基
因与大麦叶片中细胞壁多糖合成和次生壁的形成
有关系。
３．２　抗病虫研究中相关基因的功能分析
目前在禾本科植物中利用ＶＩＧＳ技术研究与
抗病虫相关的基因功能也取得了很多的成果，研
究所涉及的基因包括与抗条锈病、抗叶锈病、抗白
粉病、抗大麦黄矮病及抗蚜虫等病虫害有关的
基因。
３．２．１　抗条锈病相关基因
研究发现，利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术在禾本科
植物中尤其是小麦中研究与抗条锈病有关的基因
功能是一个很有效的工具。刘迪［２８］将ＴａＨＬ－
ＲＧ、ＰＴａＲｔＬ 和ＴａＳＢＬ３个基因进行了基因沉
默实验，张宁宁［２９］将ＴａＳＴＫ 基因进行了基因沉
默实验，结果发现ＴａＨＬＲＧ 参与了小麦条锈菌
诱导的植物与病原物的反应过程，ＰＴａＲｔＬ、ＴａＳ－
ＢＬ和ＴａＳＴＫ 可能在小麦条锈病抗性的负反馈
调节中起作用。
３．２．２　抗叶锈病相关基因
在抗叶锈病研究方面，Ｓｃｏｆｉｅｌｄ等［３０］利用
ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ系统在小麦上研究了由Ｌｒ２１介导的
抗叶锈病基因的功能，发现Ｌｒ２１、ＲＡＲ１、ＳＧＴ１和
ＨＳＰ９０四个基因在Ｌｒ２１介导的抗性中起关键作
用。张立荣［３１］在小麦中通过构建ＴａＲＡＲ１基因
的ＢＳＭＶ重组载体，发现该基因是和Ｌｒ２４介导的
小麦抗叶锈病有关。
３．２．３　抗白粉病相关基因
在抗白粉病研究方面，Ｈｅｉｎ等［３２］在大麦中
利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ系统研究Ｒａｒ１、Ｓｇｔ１ 和Ｈｓｐ９０
基因发现三个基因参与了 Ｍｌａ－１３介导的抗白粉
病途径。Ｄｅｌｖｅｎｔｈａ等［３３］利用携带一段Ｍｌｏ基因
的ＢＳＭＶ重组载体在大麦上使得Ｍｌｏ基因沉默，
发现对小麦白粉病产生高抗，并提高对米曲霉的
抗性。Ｖáｒａｌｙａｙ等［３４］也通过ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术
研究Ｍｌｏ基因的功能，并且构建了ＢＳＭＶ∶ＰＤＳ
∶Ｍｌｏ两个基因的重组载体，在小麦上同时实现
了两个基因的沉默，这也使得利用 ＶＩＧＳ技术观
察沉默表型以及鉴定沉默植株变得更加方便。此
外 Ｗａｎｇ等［１２］还在簇毛麦上利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ
技术研究了和抗白粉病有关的Ｈｖ－ＬＲＲ 基因，这
也是第一次在小麦的野生相关物种上使用
ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术。
３．２．４　抗大麦黄矮病相关基因
在抗大麦黄矮病的研究中，赵丹等［３５］在小麦
中利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术将ＴＮＢＬ１ 基因沉默后
发现Ｙｗ６４２植株对大麦黄矮病毒敏感、显现感病
症状，其体内ＢＹＤＶ 含量较未发生基因沉默的
Ｙｗ６４２植株中的明显增加，表明ＴＮＢＬ１ 基因是
正向调控小麦抗ＢＹＤＶ反应的一个重要基因。
３．２．５　ＶＩＧＳ技术在抗虫研究中的应用
Ｖａｎ等［３６］利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术在小麦中
沉默了ＷＲＫＹ５３ 基因的转录因子和苯丙氨酸脱
氨酶基因，发现两者和在小麦中抗蚜虫有关。这
也是第一次报道利用 ＶＩＧＳ研究涉及小麦－昆虫
互作的基因功能。
３．３　抗旱研究中相关基因的功能分析
在研究与抗干旱胁迫相关的基因功能时，也
可以通过 ＶＩＧＳ技术进行研究。李昌澎［３７］采用
ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术在小麦上对Ｓ－腺苷甲硫氨酸合
成酶基因（ＳＡＭＳ）、Ｓ－腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因
（ＳＡＭＤＣ）和γ－谷氨酰半胱氨酸合成酶基因（γ－
ＥＣＳ）三个基因进行沉默，发现沉默植株经干旱胁
迫后较正常植株在形态上有明显的变化，其叶片
的卷曲萎蔫程度较为突出，说明ＳＡＭＳ、ＳＡＭＤＣ
和ＥＣＳ基因在小麦抗干旱胁迫中具有重要功能。
Ｋｕｚｕｏｇｌｕ－Ｏｚｔｕｒｋ等［１１］首次在野生二粒小麦中克
隆到自噬相关的Ａｔｇ８ 基因，并利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ
技术将Ａｔｇ８ 基因进行沉默，发现植株表现对干
旱胁迫更加敏感，表明该基因在干旱胁迫中起着
·３０４·第２期　　　　　　　　　李淼淼等：ＶＩＧＳ技术在禾本科植物中的应用研究进展
正向调控的作用。
３．４　品质改良相关基因的功能分析
在禾本科植物品质改良方面，利用 ＶＩＧＳ技
术研究了与蛋白质及淀粉合成有关的基因功能。
Ｍａ等［３８］在小麦中利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术研究发
现 ＨＭＷ－ＧＳ　１Ｂｘ１４和小麦籽粒中麦谷蛋白聚合
体合成有关。这也是首次报道ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技
术应用于小麦穗子和籽粒相关的基因功能，同时
这个体系的建立将会对研究与籽粒品质和在小麦
渐成的籽粒中有关基因的功能起到很大帮助作
用。Ｂｅｎｎｙｐａｕｌ等［８］也利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术在
小麦渐成的籽粒中展示了基因沉默。通过构建携
带有ＧＢＳＳ基因片段的反义结构（ｐγ．ｗＷｘａ）和
发夹结构（ｐγ．ｗＷｘｈｐ）在小麦籽粒中实现了ＧＢ－
ＳＳ基因的沉默，发现反义结构使得直链淀粉含量
降低了３２．２％～４０．６％，发夹结构使得直链淀粉
含量降低了３５．８％～３９．１％，表明ＧＢＳＳ基因参
与了直链淀粉的合成过程。
４　ＶＩＧＳ在禾本科植物中应用效率的影响
因素
４．１　载体的选择
作为载体的病毒都有一定的寄主范围限制，
所以要想在禾本科中的某个植物上有效的实现基
因沉默，需要选择一个合适的载体。目前在禾本
科植物中利用的载体有 ＢＳＭＶ、ＢＭＶ、ＲＴＢＶ。
其中ＢＳＭＶ在禾本科植物中应用最多，主要有小
麦、大麦、燕麦、野生二粒小麦、簇毛麦、西藏青稞、
二穗短柄草等。ＢＭＶ载体主要应用在水稻、玉
米、大麦等。而ＲＴＢＶ主要应用在水稻上。因此
对于不同的寄主植物需要选择不同的病毒载体，
才能实现有效的基因沉默。
４．２　培养温度
温度对利用ＶＩＧＳ技术实现有效的基因沉默
是至关重要的因素。合适的温度会使病毒有效侵
染寄主植物，实现高效的基因沉默。而温度过高
会使病毒发作强烈导致寄主植物严重感病，有时
使得病毒症状掩盖了基因沉默的表型，甚至引起
寄主植物死亡，使得实验失败。但温度过低会使
病毒侵染量减少，从而使基因沉默效率比较低。
Ｂｅｎｎｙｐａｕｌ等［８］利用ＢＳＭＶ－ＶＩＧＳ技术在小麦沉
默ＰＤＳ基因，发现白天２２℃、晚上１８℃是最优的
温度设置，白天２４℃或者更高会使得病毒的症状
掩盖光漂白的现象，而白天２０℃的温度相比较
２２℃的光漂白现象不明显。张立荣等［３９］研究也
得出了类似的结论。因此在实验过程中，根据禾
本科作物种类的不同，选择合适的培养温度，以确
保ＶＩＧＳ技术能有效在禾本科植物中得到利用。
４．３　接种技术
接种技术中的接种方法、接种时间和接种部
位以及接种量的不同也会影响ＶＩＧＳ的效率。在
禾本科植物中目前常用的接种方法有摩擦法、无
针头注射器压滤法等。Ｂｅｎｎｙｐａｕｌ等［８］研究发
现，在小麦孕穗期植株用手摩擦法接种ＰＤＳ基因
的ＢＳＭＶ重组载体后，在小麦穗子上没有光漂白
现象，而用无针头注射器在旗叶中脉处接种，接种
后１２～１３ｄ在穗子上发现比较明显的光漂白。
此外，接种时间和接种部位的不同也会影响基因
沉默效率。如 Ｍａ等［４０］研究了在小麦孕穗期、抽
穗期、开花期沉默ＰＤＳ基因，发现在三个时期的
小麦穗子上接种的小偃６号都出现了光漂白。但
是如果在小麦旗叶接种，仅仅是在抽穗期接种的
小麦穗子上出现了光漂白。开花后１０ｄ接种小
麦穗子，没有出现任何光漂白。另外接种量也会
影响沉默效率，因为接种量过多会使得病毒繁殖
过快，引起病毒症状掩盖沉默表型，并且有可能引
起植物死亡，而接种量过少有可能引起有效的基
因沉默导致沉默效果不明显，甚至没有效果。因
此合适的接种量也是有效基因沉默的关键因素。
５　ＶＩＧＳ在禾本科植物中应用的局限性及
应用前景
５．１　ＶＩＧＳ在禾本科植物中应用的局限性及改进
策略
近些年，ＶＩＧＳ技术在禾本科植物中得到了
很好的应用，成为研究基因功能的一个很有效的
工具，但是随着研究的深入，ＶＩＧＳ技术也表现出
了一些局限和不足。
首先，病毒诱导的基因沉默的沉默时间短及
沉默效果不稳定。ＶＩＧＳ技术沉默持续的时间较
短，一般一个月左右，那么对于生长周期较长的植
物应用ＶＩＧＳ技术就会受到局限。并且ＶＩＧＳ沉
默基因的效果在各个植株上表现不稳定［８］，可以
通过选择对寄主植物特异的病毒载体或通过改造
载体来增强病毒的活性，延长 ＶＩＧＳ在寄主上的
作用时间和增强目标基因的沉默效果，并且摸索
特定载体接种的条件可能会避免沉默持续时间短
及效果不稳定的问题。
其次，在禾本科植物中利用 ＶＩＧＳ沉默某个
特定基因后，表现出的沉默症状不明显或不易被
·４０４· 麦　类　作　物　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３３卷
检测到，就会使得该技术在研究此类基因时受到
限制。目前有些研究在尝试用沉默后可以产生光
漂白的ＰＤＳ基因作为指示基因和要研究的基因
一起构建串联载体，可以很好的指示及明确检测
沉默的区域［３０］。
最后，ＶＩＧＳ的沉默表型不能稳定遗传。在
禾本科植物中的粮食作物育种研究中常常需要涉
及与籽粒的产量和品质有关的基因，并且需要能
够多代观察基因沉默的表型。ＶＩＧＳ技术由于自
身作用机制的限制，沉默时间比较短，使得其研究
这些基因的功能成为局限。但是可以将ＶＩＧＳ技
术与传统的研究基因功能的技术相结合，发挥
ＶＩＧＳ的快速、高通量等优点，使其为粮食作物育
种研究工作提供理论指导。
５．２　ＶＩＧＳ在禾本科植物中的应用前景
自从２００２年Ｈｏｌｚｂｅｒｇ等［２０］首次将ＶＩＧＳ技
术应用在禾本科植物中以来，ＶＩＧＳ技术在大麦、
小麦、水稻、玉米、燕麦、簇毛麦、野生二粒小麦等
禾本科植物的基因功能研究方面取得了很大的成
果。ＶＩＧＳ技术在禾本科植物中研究的基因涉及
到植物生长发育、抗病虫、抗干旱、品质改良等过
程，并 且 开 发 了 效 果 稳 定 的 基 因 沉 默 载 体
（ＢＳＭＶ、ＢＭＶ、ＲＴＢＶ），能有效应用于禾本科植
物的基因功能研究中，而且更多的更有效的载体
仍在研究开发中。ＶＩＧＳ技术在禾本科植物中也
实现了从沉默单一基因到同时沉默两个基因的跨
越。此外，ＶＩＧＳ技术在禾本科植物中的接种技
术不断的优化，使得ＶＩＧＳ技术的应用更加高效、
稳定。
ＶＩＧＳ作为一个高效的研究基因功能的手
段，在研究禾本科植物基因功能方面展示了强有
力的作用。未来，ＶＩＧＳ技术在禾本科植物中的
应用可能有几个需要努力的方向。第一，目前在
禾本科植物中可供选择的载体还比较少，未来需
要开发更多、更加有效的载体应用到禾本科植物
中。其次，一些研究技术比如不依赖于连接反应
克隆技术（Ｌｉｇａｔｉｏｎ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｃｌｏｎｉｎｇ，ＬＩＣ）和
ＶＩＧＳ技术的结合，可以使得 ＶＩＧＳ技术能实现
高通量的基因功能研究。第二，发展更加经济有
效的侵染方式，取代现在较高的体外转录费用，也
将是ＶＩＧＳ能更好应用的重要问题。第三，ＶＩＧＳ
技术在禾本科植物中的应用，尤其是重要粮食作
物育种研究工作中的应用，未来可能会更多的涉
及到与产量和品质相关的基因。总之，ＶＩＧＳ技
术由于其在研究禾本科植物基因功能中展现的强
大作用，未来还将会在禾本科植物的基因功能研
究中发挥更大的作用，尤其是在粮食作物中将为
粮食增产和品质改良提供理论基础。
参考文献：
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·６０４· 麦　类　作　物　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３３卷