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Grüne Biotechnologie, 2021-05-07

Was versteht man unter VIGS und wie und wozu wird es angewendet?

VIGS = Virus Induced Gene Silencing
 
Allgemein
  • Pflanzenabwehrmechanismus gegen Virusinfektionen
    • Begrenzt die Schwere der Virusinfektion durch PTGS ähnlichen Prozess 
  • Prozess ähnlich wie posttranskriptionelles Gen-Silencing (PTGS)
    • Prozesse, die erst nach der Transkription der genetischen Information von der DNA auf die übertragende mRNA stattfinden
  • Ablauf:
    • Dabei wird kurze Sequenz (min. 23 Nucleotide) des zu untersuchenden Gens in einen viralen Vektor kloniert
    • Mithilfe von Agrobacterien werden sehr junge Pflanzen infiziert
    • Innerhalb weniger Wochen führt ein natürlicher Abwehrmechanismus der Pflanzen dazu, dass das Zielgen stillgelegt wird 
  • Anwendung:
    • Untersuchung von Genfunktionen
    • Gene silencing in polyploiden Pflanzen
  • Eine Reihe von Systemen verfügbar:
    Verschiedene modifizierte Vektoren von DNA and RNA Viren, z.B.
    • Tabakmosaikvirus (TMV)
    • Kartoffelvirus X  (PVX),
    • Tabak-Rattle-Virus (TRV)
  • Erfolgreiche Anwendungen u.a. in Arabidopsis, Kartoffeln, Tomaten, Gerste, Petunie
  • Ergebnisse sind relativ rasch sichtbar (2-3 Wochen nach Infektion)
 
Mechanismus:
  • Beruht auf Unterdrückung der Virusreplikation und führt damit gleichzeitig zu spezifischem Abbau von mRNA aus endogenem Pflanzengen, das stillgelegt werden soll.
  1. Nachdem der virale Vektor in die Pflanzenzelle eingedrungen ist wird durch Virus(Vektor) Replikation und Transkription eine dsRNA gebildet

  2. Diese wird in den Zellen von Dicer-Analoga-spezifischen Endonucleotiden der Familie 3 (Dicer-like protein DCL) erkannt und in kleine interferierende RNAs geschnitten (etwa 21-22 nt) --> siRNA

  3. Oligonukleotide werden von Argonautenproteinen gebunden

  4. Bindet an den RNA induzierten Silencing Komplex (RISC)

  5. Im Cytoplasma bindet die mRNA des Zielgens an diesen Komplex --> führt zum Abbau der mRNA des Zielgens
  • Infizierte Pflanze hat gleichen Phänotyp wie eine Deletionsmutatinon des Zielgens
    • Damit kann man sehr schön die Funktion des Zielgens untersuchen
       
 
Kurzfassung:
  1. Während der Virus (Vektor) Replikation wird doppelsträngige RNA  produziert
  2. dsRNA wird erkannt und von einer Endoribonuklease (Dicer-like protein DCL) in kurze Oligonukleotide (21-22 nt) geschnitten (siRNA)
  3. Oligonukelotide werden von Argonautenproteinen gebunde
  4. Binden an den RNA-induced silencing complex (RISC)
  5. RISC baut alle Transkripte mit der Zielsequenz ab


Beispiel für Anwendung:
  • An Petunien hat man einen Teil der Chalkonsynthase in virale Vektoren eingebracht
  • Ist erstes Enzym in Bioenzym der Flavonoide, damit auch der blau gefärbten Anthocyane
  • Wenn man Pflanzen wachsen lässt
    • --> Blüten haben veränderten Phänotyp 
    • Komplett ungefärbte Blüten
    • Aber auch welche, wo Teilsequenze nicht gefärbt sind
  • Daraus kann man schließen, dass die Chalkonsynthase involviert ist in die Synthese der Anthocyane

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