浙江大学成功构建基于TRV系统的鸢尾属蝴蝶花同源基因沉默体系

蝴蝶花Iris japonica）作为鸢尾科鸢尾属重要的常绿观赏植物，以优雅的花姿和四季常青的叶片深受喜爱。然而，与大多数观赏植物一样，蝴蝶花长期缺乏稳定高效的遗传转化体系，关键基因的功能验证十分困难，严重制约了其分子育种与性状改良的进程。
近年来，病毒诱导的基因沉默（Virus-Induced Gene Silencing, VIGS）技术作为一种瞬时基因功能研究工具，在多种植物研究中展现出巨大潜力。但在单子叶植物，尤其是非禾本科单子叶植物中的应用仍相对有限。因此，建立一套适用于蝴蝶花的高效VIGS体系，不仅有助于突破基因功能研究的瓶颈，对推动鸢尾科植物的分子育种进程也具有重要意义。
2025年9月，Ornamental Plant Research在线发表了浙江大学园林研究所联合浙江理工大学花卉创新团队题为Developing a homology-driven gene silencing system inIris japonica: a versatile tool for comparative functional studies的研究论文。
在本研究中，研究团队成功在蝴蝶花中建立了基于TRV（Tobacco rattle virus，烟草脆裂病毒）系统的VIGS体系。首先，将蝴蝶花的八氢番茄红素脱氢酶基因（IjPDS）特异性片段构建到TRV载体上（pTRV2-IjPDS）。通过农杆菌介导侵染蝴蝶花植株来抑制IjPDS基因表达。随后，团队利用表型观察与多种分子检测手段相结合的方式，对沉默效果进行了验证（图1）。
图1 蝴蝶花中基于TRV病毒诱导的基因沉默体系构建和应用
实验结果表明，被沉默的植株新生叶片中出现特征性的光漂白表型，直接在表型层面证明了TRV-VIGS体系在鸢尾属植物中的有效性。为确保病毒侵染和快速检测，研究使用携带绿色荧光蛋白（GFP）标签的pTRV2-GFP载体侵染蝴蝶花叶片。在紫外灯和激光共聚焦显微镜下，侵染区域显示出明显的绿色荧光信号，而对照组未见荧光（图2）。
图2 pTRV2-GFP载体在蝴蝶花中的应用及检测
本研究进一步通过分子实验对基因沉默效果进行了定量验证。RT-PCR检测确认了病毒载体及其插入片段的存在（图3）。qPCR分析显示，pTRV2-IjPDS处理植株中IjPDS基因表达量较对照组显著下降约9倍，从分子水平证明了基因沉默的成功。此外，不同苗龄植株的比较表明，一年生幼苗的沉默效率最高（36.67%），为该技术的应用提供了关键优化参数。
图3 蝴蝶花中IjPDS沉默的表型和分子验证
本研究首次在鸢尾属植物蝴蝶花中建立了同源基因沉默体系，为缺乏稳定转化体系的观赏植物提供了新的功能验证思路。与传统方法相比，该体系操作简便、效率较高，能够在较短时间内实现基因功能的快速验证。此外，该方法的适用性较强，未来有望推广至其他鸢尾属植物甚至更广泛的观赏植物中，从而为比较功能研究和分子育种提供重要工具。
浙江大学园林研究所夏宜平教授和浙江理工大学李丹青副研究员为该文的共同通讯作者，已毕业硕士研究生罗程（现就职于宁波城市职业技术学院）为论文的第一作者，张佳平副研究员为本研究提供了帮助与指导。该研究得到了国家自然科学基金（31901352），中国博士后科学基金（2021M692790），浙江省教育厅一般项目（Y202456763）和浙江理工大学启动基金（24052162-Y）的资助。研究团队合照
中文标题：

蝴蝶花同源基因沉默体系的建立：一种多用途的基因功能比较研究工具

https://doi.org/10.48130/opr-0025-0033