傳統的害蟲防治策略如噴灑化學農藥雖能夠有效的保護農作物避免巨大的經濟損失，但是不合理濫用化學農藥不僅對環境和人類健康造成嚴重損害，也使得一些農業害蟲逐漸產生抗藥性。近些年興起的植物介導的RNAi防控害蟲被認為是一種高效、環境友好和對人無害的新型抗蟲策略。RNAi是真核生物的一種基因轉錄後調控機制，通過轉基因技術使植物表達靶向害蟲生長發育所需關鍵基因的dsRNA，害蟲取食後會引發其體內的RNAi反應，干擾阻礙靶標基因的表達，最終使害蟲生長發育受阻甚至死亡。另一方面，由於植物葉綠體中不存在RNAi機制，確保了在葉綠體中表達的dsRNA能夠大量積累，害蟲取食少量植物葉片便能攝取到大量的dsRNA，進而引發更強烈的RNAi反應。目前在葉綠體中表達dsRNA抗鞘翅目昆蟲已經取得了非常好的效果，但對鱗翅目害蟲（如棉鈴蟲）卻一直效果不佳，也不清楚棉鈴蟲對何種RNAi分子敏感。
近日，湖北大學生命科學學院、省部共建生物催化與酶工程國家重點實驗室張江教授團隊在Plant, Cell & Environment上發表了題為「Resistance to RNA interference by plant-derived double stranded RNAs but not plant-derived short interfering RNAs inHelicoverpa armigera」的研究論文，首次揭示了在植物介導的RNAi抗棉鈴蟲中，siRNA而不是dsRNA能夠有效的引起棉鈴蟲的RNAi反應，從而達到對棉鈴蟲的防治效果。
以棉鈴蟲-菸草作為研究對象和模式，通過菸草葉片對棉鈴蟲的餵食實驗發現在葉綠體中表達靶向棉鈴蟲不同基因的dsRNA的菸草轉基因株系對棉鈴蟲沒有抗性，而細胞核表達的dsRNA的菸草株系顯著抑制棉鈴蟲生長及靶標基因的表達；進一步通過Northern blot分析發現細胞核表達的dsRNA會進入植物自生的RNAi途徑被加工成siRNA，而葉綠體中表達的dsRNA由於缺乏RNAi機制會穩定積累；之後通過dsRNA與siRNA對棉鈴蟲腸液耐受實驗發現植物表達的siRNA比dsRNA更耐受棉鈴蟲腸液中dsRNA酶的降解。該研究不僅解釋了細胞核轉化植物比葉綠體轉化植物更抗蟲的原因，也發現了棉鈴蟲能夠抵抗植物源的dsRNA卻無法抵抗植物源的siRNA。
植物介導的RNAi抗棉鈴蟲模式圖
博士研究生付金秋與徐世靜為論文共同第一作者，張江教授為論文通訊作者，德國馬普分子植物生理所Ralph Bock教授和馬普化學生態所David G. Heckel教授參與了該研究。張江教授團隊一直從事質體工程與植物保護前沿生物技術的基礎理論和應用研究，近年來在Science、Microbiome、Trends in Biotechnology、Plant Biotechnology Journal、Plant Cell & Environment、Journal of Experimental Botany和Pest Management Science等期刊發表論文30餘篇。該研究得到了國家自然科學基金面上項目，湖北省自然科學基金創新群體，德國馬普學會等項目的資助。
論文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14314
來源：植物與環境PCE
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