木薯(Manihot esculenta Crantz)是热带地区重要的粮食作物，同时也是许多热带亚非国家牲畜饲料、工业淀粉和乙醇的重要来源。近年来，木薯基因组测序完成和高通量测序数据的不断增加，凸显了对快速，高通量正向或反向遗传工具的迫切需求，以加速木薯功能基因组学研究和生物技术应用。尽管木薯转基因遗传转化体系已被用于基因功能研究和分子育种，但是遗传转化中涉及的组织培养和再生程序仍然繁琐耗时。植物病毒载体作为一种快速有效的基因传递的工具，可介导基因在寄主体内表达(Virus-mediated gene overexpression，VOX)、沉默（Virus-induced gene silencing，VIGS）和编辑Virus-induced genome editing，VIGE）等多重功能，在农业、生物医药等领域得到广泛应用。通过植物病毒诱导的基因沉默，使特定基因在植物中靶向性沉默，可揭示基因功能与调控机制；过表达载体则使外源基因在植物中高效表达，可被用作基因功能鉴定，生产重要药用蛋白和其他生物制品的工具；植物病毒介导的基因编辑，被用于辅助CRISPR-Cas9等基因编辑技术，通过将Cas蛋白和向导RNA(gRNA)导入植物细胞，可以实现精准的基因编辑，为定向改良作物性状提供了有力工具。

基于CsCMV诱导的木薯ChlI基因沉默

2021年，Plant Methods发表了中国热科院热带植物病毒病害流行与防控科技创新团队题为《A cassava common mosaic virus vector for virus-induced gene silencing in cassava》的研究论文，该研究基于木薯普通花叶病毒（Cassava common mosaic virus,CsCMV, Genus Potexvirus,Family Alphaflexiviridae）建立了可应用于木薯基因功能快速鉴定重要热带作物病毒诱导基因沉默（VIGS）载体体系，现已被美国Donald Danforth Plant Science Center，海南大学，广西大学和热科院等国内外同行索取应用于木薯基因功能快速鉴定研究。

近日，该团队继续在CsCMV VIGS载体基础上，优化构建了CsCMV介导的基因过表达载体CsCMV2-NC，通过表达绿色荧光蛋白(GFP)，细菌八氢番茄红素合成酶(crtB)和木薯细菌性枯萎病菌毒力效应因子XopAO1，应用于示踪病毒运动感染，木薯叶片类胡萝卜素含量提高和木薯病菌毒力因子鉴定。并进一步应用CsCMV2-NC载体在过表达Cas9的转基因木薯株系中传递靶向木薯PDS基因的sgRNA (gMePDS1/2)，结果显示CsCMV-gMePDS1/2载体有效诱导系木薯叶片中PDS基因发生缺失突变，导致植株出现白化表型。以上结果表明，基于CsCMV的多功能载体不仅可用于木薯内源基因的下调沉默，还可以用于外源基因过表达和基因组编辑gRNA的传递。这一载体的广泛应用将对木薯的功能基因组学研究，生物技术应用和遗传改良具有重要的促进作用。

基于CsCMV的基因过表达和基因编辑载体和应用

该研究成果以以《Development of cassava common mosaic virus-based vector for protein expression and gene editing in cassava》为题发表在《Plant Methods》，第一完成单位为中国热科院生物所、热带作物生物育种全国重点实验室、中国热科院三亚研究院。中国热科院生物所、三亚研究院沈文涛研究员为论文通讯作者，庹德财副研究员、姚远副研究员为共同第一作者，言普研究员、陈新研究员、郭建春研究员、孔华副研究员以及海南大学崔红光教授、戴兆基副教授和刘进平教授等为该研究作出重要贡献。该研究获得国家自然科学基金（32000399）、中国热带农业科学院热科院热带植物病毒病害流行与防控创新团队项目(19CXTD-33）和揭榜挂帅项目（1630052022004），崖州湾种子实验室项目(B21HJ0303)资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1186/s13007-021-00775-w

https://doi.org/10.1186/s13007-023-01055-5