烟草病毒的检测和防治新技术研究

烟草病毒病论文 病毒检测技术论文 RNA介导的病毒抗性论文 遗传稳定性论文 多抗病毒转基因烟草论文
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烟草病毒病是全世界烟草栽培区发生普遍,危害严重的一大类病害。目前世界上已报道发现的侵染烟草的病毒达47 种,我国有17 种。在田间,常表现为多种病毒混合侵染,给烟草生产造成重大损失,重病田减产20~50%,夏烟减产70%以上。对病毒病的快速检测和监控技术是病毒病防治的基础性工作,可提高病毒病防治的针对性和时效性;而植物抗病毒基因工程的发展,特别是RNA 介导的病毒抗性策略的提出,为植物病毒病的防治提供了新的途径。围绕着烟草病害的防治,本研究进行了两方面的探索。其一,分离、提纯马铃薯Y病毒(PVY)、黄瓜花叶病毒(CMV)、烟草普通花叶病毒(TMV)、烟草蚀纹病毒(TEV)、马铃薯X 病毒(PVX)、烟草环斑病毒(TRSV),克隆了6 种病毒的外壳蛋白(CP)基因,并进行了序列分析,首次明确了PVY、PVX 和CMV 山东分离物在分类学上的归属地位。制备了不同病毒的抗体和酶标抗体,建立了以点免疫结合技术(DIBA)为基础的快速、多元的病毒检测体系,对山东烟草病毒病进行了初步调查,明确了主要病毒种类。其二,RNA 介导的病毒抗性策略应用于烟草病毒病防治的研究。在已获得不同抗病类型的转非翻译PVY-CP 基因烟草的基础上,研究了RNA 介导的病毒抗性遗传及外源基因的整合方式与RNA 介导的病毒抗性产生的关系,明确了RNA 介导的病毒抗性可稳定地遗传;揭示了转基因的结构对于诱发病毒抗性产生可能起关键的作用,并进而设计了发夹结构DNA 进行了验证。在此基础上,以烟草上危害最为严重的PVY、CMV和TMV 为材料,克隆并构建了包含3 种病毒部分CP 基因的发夹结构DNA 的植物表达载体,转化烟草,首次培育获得了抗3 种病毒转基因烟草。研究结果将为烟草病毒病的防治提供理论依据和技术支持,具有很好的理论和应用价值。具体研究结果如下: 1. 烟草病毒的检测新技术研究—烟草病毒病快速、多元检测技术的建立及应用1.1 病毒的分离从山东感病的烟草和马铃薯上,分离纯化了马铃薯Y 病毒(PVY-SD-TA)、马铃薯X 病毒(PVX-SD1)、烟草花叶病毒(TMV-SD1)、烟草蚀纹病毒(TEV-SD1)、黄瓜花叶病毒(CMV-SD1)和烟草环斑病毒(TRSV-SD1)等6 种烟草上常见的病毒。1.2 病毒外壳蛋白基因克隆及序列分析
中文摘要第12-16页
英文摘要第16页
符号说明第20-23页
第一部分 烟草病毒的检测新技术研究——烟草病毒病快速、多元检测技术的建立及应用第23-69页
    1 引言第23-34页
        1.1 指示植物法第23页
        1.2 电镜诊断法第23-25页
            1.2.1 负染色法第24页
            1.2.2 超薄切片法第24页
            1.2.3 免疫电镜技术第24-25页
        1.3 血清学检测方法第25-27页
            1.3.1 酶联免疫吸附法第25-26页
            1.3.2 点免疫结合测定技术第26页
            1.3.3 电化学酶联免疫检测第26-27页
        1.4 核酸分子杂交技术第27-28页
            1.4.1 Southern 杂交第27页
            1.4.2 Northern 杂交第27页
            1.4.3 点杂交第27-28页
        1.5 多聚酶链式反应( PCR)技术第28-31页
            1.5.1 兼并引物PCR 技术第28-29页
            1.5.2 病毒属专化引物 PCR 技术第29页
            1.5.3 RT-PCR第29页
            1.5.4 实时逆转录PCR第29页
            1.5.5 免疫捕捉PCR 技术第29-30页
            1.5.6 PCR-ELISA 定量分析技术第30页
            1.5.7 PCR 微量板杂交法第30页
            1.5.8 套式PCR第30页
            1.5.9 依赖核酸序列的扩增第30-31页
        1.6 双链RNA 技术第31-32页
        1.7 分子灯塔第32页
        1.8 免疫毛细管区带电泳仪第32-33页
        1.9 液相色谱/质谱联用仪和基体辅助激光解吸/电离质谱分析仪第33页
        1.10 石英晶体微平衡免疫传感器第33页
        1.11 本研究的目的和意义第33-34页
    2 材料与方法第34-46页
        2.1 质粒、菌株、酶和试剂第34页
        2.2 方法第34-46页
            2.2.1 病毒的来源第34-35页
            2.2.2 病毒提纯第35-36页
                2.2.2.1 马铃薯 Y 病毒(PVY)的提纯第35页
                2.2.2.2 马铃薯X 病毒(PVX)提纯第35-36页
                2.2.2.3 烟草花叶病毒(TMV)的提纯第36页
            2.2.3 病毒鉴定第36页
                2.2.3.1 病毒粒子的电镜观察第36页
                2.2.3.2 病毒粒体组织超薄切片观察第36页
            2.2.4 RNA 提取第36-37页
            2.2.5 在含有甲醛的凝胶上进行的RNA 电泳第37-38页
            2.2.6 TEV、CMV 和 TRSV 外壳蛋白(CP)基因的克隆第38-43页
                2.2.6.1 引物设计第38-39页
                2.2.6.2 反转录 PCR(RT-PCR)扩增病毒 CP 基因第39-40页
                2.2.6.3 质粒 DNA 的大量提取(碱裂解法)第40-41页
                2.2.6.4 质℃温4 质粒 DNA 和扩增的目的片段的酶切第41页
                2.2.6.5 质粒DNA 与目的片段DNA 的连接第41-42页
                2.2.6.6 大肠杆菌BL21 感受态细胞的制备第42页
                2.2.6.7 质粒DNA 向大肠杆菌中转化(热激法)第42页
                2.2.6.8 转化菌落PCR 及酶切鉴定鉴定第42-43页
            2.2.7 病毒外壳蛋白基因的原核表达第43页
                2.2.7.1 蛋白诱导表达第43页
                2.2.7.2 SDS-PAGE 分析第43页
            2.2.8 病毒抗体及酶标抗体的制备第43-45页
                2.2.8.1 病毒抗血清的制备第43-44页
                2.2.8.2 免疫球蛋白(IgG)的纯化第44-45页
                2.2.8.3 碱性磷酸酶标记病毒抗体第45页
            2.2.9 病毒检测技术的优化第45-46页
    3 结果与分析第46-65页
        3.1 病毒的分离与提纯第46-49页
            3.1.1 马铃薯Y 病毒(PVY-SD-TA)的分离和提纯第46页
            3.1.2 马铃薯X 病毒(PVX-SD1)的分离与提纯第46页
            3.1.3 烟草花叶病毒(TMV)的分离和提纯第46页
            3.1.4 烟草蚀纹病毒(TEV-SD1)分离第46-47页
            3.1.5 黄瓜花叶病毒(CMV-SD1)的分离第47页
            3.1.6 烟草环斑病毒(TRSV-SD1)的的分离第47-49页
        3.2 病毒外壳蛋白基因的克隆、序列分析第49-57页
            3.2.1 PVY-SD-TA 外壳蛋白基因的克隆和序列分析第49页
            3.2.2 PVX-SD1 外壳蛋白基因的克隆与序列分析第49页
            3.2.3 TMV-SD1 CP 基因的克隆和序列分析第49-53页
            3.2.4 TEV-SD1 CP 基因的克隆和序列分析第53-54页
            3.2.5 CMV-SD1 CP 基因的克隆和序列分析第54-56页
            3.2.6 TRSV-SD1 CP 基因的克隆第56-57页
        3.3 病毒CP 基因原核表达第57-58页
            3.3.1 CMV-SD1 CP基因在大肠杆菌中的表达第57页
            3.3.2 TEV-SD1 CP基因在大肠杆菌中的表达第57-58页
            3.3.3 TRSV-SD1 CP基因在大肠杆菌中的表达第58页
        3.4 病毒抗体的制备第58-59页
            3.4.1 病毒抗体免疫球蛋白(IgG)工作浓度的初步确定第58-59页
            3.4.2 酶标IgG 工作浓度的初步确定第59页
            3.4.3 抗体特异性测定第59页
        3.5 DIBA 检测技术的优化及多元病毒检测体系的建立第59-64页
            3.5.1 汁液稀释浓度、处理方式、添加 EDTA 及反应时间对病毒检测影响第60-62页
                3.5.1.1 病毒汁液稀释浓度的确定第60页
                3.5.1.2 PVY、PVX 汁液处理方式对检测效果的影响第60-61页
                3.5.1.3 添加EDTA 对检测效果的影响第61页
                3.5.1.4 抗原与抗体(酶标抗体)反应时间对检测效果的影响第61-62页
            3.5.2 多病毒检测体系中各病毒抗体和酶标抗体工作浓度的确定第62-63页
            3.5.3 多元病毒检测体系的确立第63-64页
        3.6 山东烟区烟草病毒种类及比例调查第64-65页
    4 讨论第65-68页
        4.1 CMV 株系划分第65-66页
        4.2 病毒抗血清制备第66页
        4.3 CP 基因的克隆第66页
        4.4 CP 基因的原核表达第66-67页
        4.5 山东烟区烟草病毒病种群动态变化第67-68页
    5 结论第68-69页
第二部分 烟草病毒的防治新技术研究—RNA 介导的病毒抗性遗传行为研究及多抗病毒转基因烟草的培育第69-162页
    1 引言第69-91页
        1.1 通过寄主植物的抗病性防治植物病毒病第69-70页
        1.2 通过栽培措施和控制病毒传播介体防治植物病毒病第70-71页
        1.3 依据病毒株系间的交叉保护作用,应用弱毒株系防治植物病毒病第71-73页
        1.4 利用化学药物防治植物病毒病第73-78页
            1.4.1 天然抗病毒剂第73-75页
            1.4.2 合成抗病毒剂第75-78页
        1.5 植物组织脱毒技术在植物病毒病防治中的应用第78-79页
            1.5.1 茎尖分生组织脱毒技术第78页
            1.5.2 热处理脱毒技术第78-79页
            1.5.3 茎尖培养和热处理相结合第79页
        1.6 植物抗病毒基因工程在植物病毒病防治中的应用第79-90页
            1.6.1 非病毒来源基因介导的抗病性第79-81页
                1.6.1.1 利用植物自身的抗病基因第80页
                1.6.1.2 抗体基因工程第80-81页
                1.6.1.3 干扰素第81页
            1.6.2 病毒来源基因介导的抗病性第81-90页
                1.6.2.1 利用病毒衣壳蛋白基因第81-82页
                1.6.2.2 利用病毒复制酶基因第82-83页
                1.6.2.3 利用病毒运动蛋白基因第83-84页
                1.6.2.4 利用病毒的反义RNA第84页
                1.6.2.5 利用病毒的卫星RNA第84-85页
                1.6.2.6 利用核酶基因第85-86页
                1.6.2.7 利用缺陷干扰型RNA第86页
                1.6.2.8 利用RNA 介导的病毒抗性第86-90页
        1.7 本研究的目的和意义第90-91页
    2 材料与方法第91-99页
        2.1 材料第91-92页
            2.1.1 毒源第91页
            2.1.2 供试材料第91-92页
        2.2 方法第92-99页
            2.2.1 嵌合基因的拼接和hpDNA 构建第92页
            2.2.2 转化菌落PCR 及酶切鉴定鉴定第92页
            2.2.3 序列测定第92页
            2.2.4 植物表达载体的构建第92-94页
            2.2.5 重组植物表达载体向农杆菌中转化(冻融法)第94页
            2.2.6 农杆菌介导的外源基因向烟草中转化及转化植株的获第94-95页
            2.2.7 转基因植株的卡那霉素(Km)抗性鉴定第95页
            2.2.8 转基因植株的抗病性鉴定第95页
            2.2.9 间接ELISA 检测第95页
            2.2.10 烟草的DNA 提取(CTAB 法)第95-96页
            2.2.11 转基因植株的PCR 检测第96页
            2.2.12 转基因植物的Southern blot 分析第96-98页
                2.2.12.1 植物总DNA 的酶切第96页
                2.2.12.2 DNA 凝胶电泳第96页
                2.2.12.3 转膜第96-97页
                2.2.12.4 探针的制备第97页
                2.2.12.5 杂交第97-98页
            2.2.13 植物总RNA 的提取及Northern 杂交第98-99页
                2.2.13.1 植物总RNA 提取和电泳第98页
                2.2.13.2 转膜第98页
                2.2.13.3 探针制备第98页
                2.2.13.4 杂交第98-99页
    3 结果与分析第99-116页
        3.1 RNA 介导的病毒抗性在转基因烟草中的遗传分析第99-106页
            3.1.1 T1 代转基因植株的遗传和抗病性分析第99-101页
            3.1.2 T2 代转基因植株的遗传和抗病性分析第101-102页
            3.1.3 T3 和T4 代转基因植株的抗病性和mRNA 积累量分析第102-103页
            3.1.4 转基因植株中外源基因的整合方式与 RNA 介导的病毒抗性的关系第103-106页
        3.2 hpRNA 对RNA 介导的病毒抗性产生的影响第106页
        3.3 抗PVY、TMV 和CMV 多抗转基因烟草的培育第106-116页
            3.3.1 Hairpin 结构嵌合基因的构建第106-109页
            3.2.2 植物表达载体的构建第109-110页
            3.3.3 转基因植株的获得第110-111页
            3.3.4 转化植株的PCR 检测第111页
            3.3.5 转基因植株抗病性分析第111-114页
            3.3.6 转基因植株的Southern blot 分析第114-115页
            3.3.7 转基因植株Northern blot 分析第115-116页
    4 讨论第116-118页
        4.1 RNA 介导的病毒抗性的遗传行为第116页
        4.2 转基因拷贝数和转基因结构与RNA 介导的病毒抗性的产生第116-117页
        4.3 多病毒转基因植物的研究第117-118页
    5 结论第118-120页
        5.1 RNA 介导的病毒抗性在转基因烟草中遗传分析第118-119页
        5.2 发夹结构RNA(hpRNA)对RNA 介导的病毒抗性产生的影响第119页
        5.3 多抗病毒转基因烟草的培育第119-120页
    6 参考文献第120-138页
    7 附录第138-161页
        7.1 质粒图谱第138-140页
        7.2 常用培养基母液及细菌培养基的配制第140-144页
        7.3 常用抗生素、激素及生化试剂的配制第144-146页
        7.4 常用缓冲液的配制第146-147页
        7.5 克隆的基因序列第147-161页
            7.5.1 PVY-SD-TA CP第147-149页
            7.5.2 PVX-SD1 CP第149-151页
            7.5.3 TMV-SD1 CP第151-153页
            7.5.4 TEV-SD1 CP第153-155页
            7.5.5 CMV-SD1 CP第155-157页
            7.5.6 TRSV-SD1 CP第157-160页
            7.5.7 构建的hpRNA 结构的嵌合基因第160-161页
    8 致谢第161-162页
    9 攻读学位期间发表论文情况第162页
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