摘要：2025年5月19日，中国农业科学院棉花研究所/三亚中国农业科学院国家南繁研究院宋国立团队在Plant Communications期刊发表题为 “An all-in-one plant virus-based vector toolkit for strea

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2025年5月19日，中国农业科学院棉花研究所/三亚中国农业科学院国家南繁研究院宋国立团队在Plant Communications期刊发表题为 “An all-in-one plant virus-based vector toolkit for streamlined gene silencing, overexpression, and genome editing”的研究结果。该研究最初的灵感源于使用棉花叶皱缩病毒（Cotton leaf crumple virus, CLCrV）和烟草脆裂病毒（Tobacco rattle virus, TRV）开展病毒诱导基因沉默（VIGS）实验时，需进行“辅助菌”的培养、重悬及等量混合等繁琐步骤。尤其在需同时开展多个VIGS实验项目时，这些步骤导致额外工作量显著增加。为解决该问题，本研究提出了一种“一体化的双组分病毒使用策略”将双质粒系统的CLCrV 和TRV改造为单质粒系统，进而将其拓展成为一个多功能的一体化植物病毒载体工具盒，用于基因功能和基因编辑研究。

研究背景

植物表达载体在植物功能基因组学研究和育种改良方面发挥了重要作用。植物病毒能够携带外源基因在宿主植物中进行复制和系统移动，这使得它们可以被改造成一类特殊的植物表达载体，用于VIGS、病毒介导的过表达（VOX）、病毒辅助的瞬时表达（VATE）以及病毒介导的基因组编辑（VIGE）等。然而，不同实验室开发的病毒载体在质粒构建方法上存在明显差异，这使得将它们整合到一个标准化的工具盒中颇具挑战。

研究内容

实验室常用的植物工具病毒多为双组份和多组分，其基因组通常被克隆到不同的质粒中，分别转化农杆菌均匀混合后使用。这种传统的“混菌使用策略”增加了农杆菌操作阶段的整体工作量，阻碍了高通量实验项目的快速开展。为了便于未来开展高通量的病毒递送实验，该研究首先提出了一种“一体化的双组分病毒使用策略”，即将所有病毒组分置于单一质粒中并通过单一T-DNA进行递送。作者以两种常用于VIGS研究的双组份病毒系统为例，进行了一体化递送系统的改造。改造后的CLCrV VIGS系统简化命名为VS，TRV VIGS系统简化命名为VS2。两种一体化VIGS系统侵染植物后表现出与原始系统类似甚至更好的VIGS实验效果。

图1 双组份病毒使用方法--传统的混菌策略与一体化策略

随后该研究在一体化的VIGS质粒pVS基础上，创制了一套标准化的植物病毒载体工具盒，并展示了其在VIGS、VOX、VATE（亚细胞定位和双分子荧光互补）和VIGE研究中的应用。此外，该研究创新性的开发了一种VIGS报告系统质粒pVSr，用于在原生质体中快速检测VIGS效率并用于VIGS筛选。鉴于许多物种中缺少高效的多基因编辑研究方法，该研究也提出了两种病毒介导的基因操纵组合（VIGM-Combo）策略进行多基因的表达操纵，助力分子设计育种研究。最后，该研究以棉花以外的锦葵亚科植物红麻、洛神花和蜀葵为例，展示了如何利用基因序列同源性快速在近缘种中测试并建立病毒递送技术体系。

图2 一体化植物病毒载体工具盒的多种应用

一体化植物病毒载体工具盒不仅为病毒载体的简化使用和从头开发提供了标准化方案，也为未来高通量病毒递送技术的发展应用提供了扎实的前期基础。该研究提供了一份简洁的用户操作指南，便于感兴趣的科研人员使用该工具盒、从头开发新病毒载体纳入该工具盒以及快速在新物种中进行多种病毒载体可行性的快速测试。

图3 标准化的质粒构建方式

作者简介

中国农业科学院棉花研究所/三亚中国农业科学院国家南繁研究院在读博士研究生郝云飞为该论文第一作者，宋国立研究员和刘记副研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到了生物育种重大专项-早熟抗病棉花新品种设计与培育、棉花产业体系-早熟品种改良、河南省自然科学基金、南繁专项等项目资助。本工作申请了3项国家发明专利和1项国际专利，其中“一体化双组分病毒使用策略”和“VIGS沉默效率报告系统”相关专利已获得授权。质粒获取请邮件联系团队左东云老师zdy041@163.com。

责编：WANG

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来源：伪科学家