甘薯（Ipomoea batatas [L.] Lam.）是世界上第七大粮食作物，它不仅营养丰富而且具备重要的工业价值，兼具粮食作物与经济作物的功能。甘薯产量高、抗逆性好，全国大部分地区都适宜种植，是我国粮食安全的重要组成部分。但是甘薯作为无性繁殖作物，世代繁殖很容易感染和积累病毒。近年来，甘薯病毒病对甘薯产业的危害日趋严重。危害甘薯最为严重的DNA病毒为双生病毒科，菜豆金黄花叶病毒属的单组分单链DNA病毒：甘薯双生病毒（sweepoviruses），其中最具代表性的是甘薯曲叶病毒（Sweet potato leaf curl virus，SPLCV）。目前最常用甘薯曲叶病毒（SPLCV）的接种方法是嫁接法，将已经带病毒甘薯苗嫁接到未感染病毒的甘薯苗上。但是田间染病甘薯多为复合侵染，嫁接法难以控制嫁接材料所携带的病毒种类及含量，因此嫁接法并不是一种稳定可控的接种方式。双生病毒常见的接种方法是农杆菌介导的接种法，但是由于目前农杆菌接种法在甘薯上的接种率很低，潜伏期也较长，因此甘薯与SPLCV相互作用的研究以及甘薯抗病毒资源的挖掘都受到了限制。因此，急需建立一种高效和稳定可控的SPLCV在甘薯中的侵染体系。
Phytopathology Research今日在线发表了中国科学院华南植物园邓书林团队题为“A highly efficient Agrobacterium-mediated infectious system for Sweet potato leaf curl virus and a deltasatellite-based VIGS vector”的文章。该研究从构建侵染性克隆开始，成功建立了一种高效、简易、稳定可控的农杆菌浸泡侵染法，并以此为基础开发了病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing，VIGS）系统。该研究作者以广州市天河区鉴定到的甘薯曲叶病毒（SPLCV）病毒株SPLCV-GZ02基因组序列为模板，将保守的41 nt茎环结构（stem loop）重复一次，通过并插入双元载体获得1.01个基因组重复的侵染性克隆SPLCV-1.01。该研究作者通过在本氏烟草侵染实验中比较不同农杆菌培养方法发现，完全诱导培养基可以显著提高农杆菌的活性，提高SPLCV-1.01侵染性克隆的侵染效率，缩短发病时间，增加病毒在宿主内的积累并加重发病症状。进一步作者利用优化的农杆菌培养方法和AGL1菌株，结合甘薯易扦插的无性繁殖特点，建立农杆菌浸泡侵染法。农杆菌浸泡侵染法操作简易，不同样品间的稳定性强，在广薯87，普薯32，龙薯28三个品种的甘薯中都获得了100%的侵染效率和典型的甘薯曲叶病症状。同时发现不同甘薯的发病潜伏期为10–30天不等，病毒的积累量也存在较大差异，因此农杆菌浸泡可以应用于甘薯抗病毒品种的筛选。此外，农杆菌浸泡侵染法可以成功应用在SPLCV对旋花科甘薯属植物蕹菜（Ipomoea aquatica）的侵染。不仅如此，农杆菌浸泡侵染法还可以应用在中国番茄黄化曲叶病毒（Tomato yellow leaf curl China virus，TYLCCNV）和甜菜严重曲顶病毒（Beet severe curly top virus，BSCTV）对番茄（Solanum lycopersicum）的侵染。
之前普遍认为SPLCV是一个并不具备卫星环的单组分双生病毒。然而，在近年的报道中，西班牙和委内瑞拉在分离SPLCV时陆续发现一个不编码蛋白质的DNA组分，并将其命名为与SPLCV相关的delta卫星环（deltasatellite）。本研究基于SPLCV的delta卫星DNA开发的VIGS载体，可以在两周内成功沉默甘薯内源镁螯合酶亚基基因IbCHL（magnesium-chelatase subunit）和八氢番茄红素脱氢酶基因IbPDS（phytoene desaturase），导致甘薯新生叶片白化表型。此外作者还通过VIGS系统确定了IbADK1基因的抗病毒功能。
图1. 农杆菌浸泡侵染法在甘薯不同品种中的应用
图2. 农杆菌浸泡侵染法在蕹菜和番茄中的应用
图3. 以 SBG51 deltasatellite为基础构建的VIGS 载体及在甘薯中的基因沉默效果
中国科学院华南植物园的陈焕镛副研究员张艺和硕士研究生杨选钢为本文的共同第一作者，邓书林研究员为本文的通讯作者，广东省农业科学院作物研究所甘薯研究室黄立飞研究员也参与了本项目研究。本研究得到了国家自然科学基金面上项目（32170304、 31871285）、广东省自然科学基金（2022A1515012572）、广东省珠江人才计划青年拔尖人才项目（2021QN020299）和广东市科技计划项目（E33309）的资助。
中国科学院华南植物园植物与微生物互作研究组长期从事植物与病原体互作，特别是植物与病毒互作的研究。近几年，该研究组主要开展甘薯病害方向的研究，重点进行病害研究体系的开发和甘薯抗病功能基因的挖掘。
Cite this article:
Zhang, Y., Yang, X., Huang, L. et al. A highly efficient Agrobacterium-mediated infectious system for Sweet potato leaf curl virus and a deltasatellite-based VIGS vector. Phytopathol Res, 2024, 6, 23. https://doi.org/10.1186/s42483-024-00244-x
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