質(zhì)體介導(dǎo)的 RNAi 可高效防治西花薊馬

西花薊馬（Frankliniella occidentalis）是一類刺吸式害蟲，對(duì)農(nóng)業(yè)和園藝作物造成巨大破壞，隨著人類交流的日益增快，西花薊馬已經(jīng)在遍及世界各地。西花薊馬體型小，善于隱匿，例如，其產(chǎn)卵時(shí)，可以將卵嵌入植物組織內(nèi)部，若蟲和成蟲隱匿在植物芽葉或者花苞之中，極難被發(fā)現(xiàn)。此外，由于長(zhǎng)期大量施用化學(xué)農(nóng)藥，西花薊馬對(duì)大多數(shù)殺蟲劑均產(chǎn)生了抗性，進(jìn)一步加劇了防治難度。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)Ralph?Bock和張江團(tuán)隊(duì)于2022年4月在國(guó)際著名雜志PNAS上發(fā)表了題目為“Efficient control ofwestern flower thrips by plastid-mediated RNA interference”研究論文。作者發(fā)現(xiàn)，西花薊馬在進(jìn)食時(shí)，會(huì)攝入大量的葉綠體RNA，于是作者在葉綠體基因組中表達(dá)針對(duì)西花薊馬基因的長(zhǎng)dsRNA，誘導(dǎo)有效的RNAi反應(yīng)，并有效地殺死目標(biāo)昆蟲。其結(jié)果表明，植物質(zhì)體介導(dǎo)的RNAi可以精準(zhǔn)靶向非咀嚼式害蟲，這為防治薊馬及其它刺吸式害蟲提供了有效的策略。

RNA干擾（RNAi）技術(shù)被認(rèn)為是一種有前途的化學(xué)農(nóng)藥替代品，它通過(guò)遞送針對(duì)昆蟲基因的dsRNA來(lái)實(shí)現(xiàn)害蟲控制的目的。針對(duì)昆蟲必需基因表達(dá)dsRNA的核轉(zhuǎn)基因植物對(duì)幾種昆蟲具有有限的保護(hù)作用，比如棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）、西部玉米根蟲（Diabrotica virgifera）、褐飛虱（Nilaparvata lugens）、桃蚜（Myzus persicae）和粉虱（Bemisia tabaci）。但是，核轉(zhuǎn)基因策略可達(dá)到的控制水平通常不足以用于實(shí)際應(yīng)用。質(zhì)體介導(dǎo)的RNA干擾（PM-RNAi）是一種非常有價(jià)值的害蟲防治策略。先前的研究表明，將dsRNA穩(wěn)定轉(zhuǎn)染到質(zhì)體基因組并表達(dá)，可以有效控制一些鞘翅目害蟲，相比之下，由于質(zhì)體中缺乏RNAi機(jī)制，質(zhì)體轉(zhuǎn)基因的dsRNA?表達(dá)可以更為容易的增加dsRNA的積累，使其更容易實(shí)現(xiàn)害蟲防治的目的。已有的研究表明，如科羅拉多馬鈴薯甲蟲（Leptinotarsa decemlineata）、美洲棉鈴蟲（Helicoverpa zea）和棉鈴蟲的質(zhì)體轉(zhuǎn)基因技術(shù)具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)。但質(zhì)體轉(zhuǎn)基因技術(shù)在其他害蟲群，尤其是非咀嚼式昆蟲中的應(yīng)用和效果知之甚少。
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在通過(guò)人工飼喂、顯微注射和共生體遞送dsRNA等方案可以成功引發(fā)西花薊馬的RNAi反應(yīng)之后，研究人員設(shè)計(jì)開發(fā)了“PM-RNAi策略”，進(jìn)行質(zhì)體介導(dǎo)的RNAi?防控的研究。在這項(xiàng)研究中，分別構(gòu)建了質(zhì)體和核轉(zhuǎn)基因的煙草植物，以表達(dá)西花薊馬的四個(gè)靶標(biāo)基因（ACT、TUB、VAT和SNF）的dsRNA或發(fā)夾RNA（hpRNA），所有四個(gè)靶基因都成功表達(dá)為來(lái)自質(zhì)體基因組的dsRNA和hpRNA（圖1）。

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結(jié)果顯示，四個(gè)基因的dsRNA和hpRNA都可以在質(zhì)體基因組中高水平表達(dá)。這里雖然使用了相同的Prrn啟動(dòng)子用于4種轉(zhuǎn)基因中dsRNA和hpRNA的生產(chǎn)，但是，RNA的積累水平存在差異。作者認(rèn)為，這可能與基因片段的長(zhǎng)度及其可能的GC含量有關(guān)。但是，總體而言，靶向同一昆蟲基因的轉(zhuǎn)質(zhì)體細(xì)胞系之間的差異相對(duì)較小，說(shuō)明質(zhì)體表達(dá)的dsRNA，hpRNA都可作為西花薊馬中RNAi反應(yīng)的有效觸發(fā)因素。為了評(píng)估轉(zhuǎn)質(zhì)體和核轉(zhuǎn)基因植物防治西花薊馬的效果，作者對(duì)西花薊馬幼蟲的昆蟲進(jìn)行了生物測(cè)定。對(duì)照植物（Nt-wt和Nt-pt-dsNDUFVII）、轉(zhuǎn)質(zhì)體（Nt-pt-dsSNF和Nt-pt-hpSNF）和核轉(zhuǎn)基因植物（Nt- nu-hpSNF）連續(xù)處理6天，與核轉(zhuǎn)基因植物相比，轉(zhuǎn)質(zhì)體植物誘導(dǎo)的死亡率顯著提高，在6天后幾乎所有幼蟲死亡（圖2）。?

轉(zhuǎn)基因植物，可以有效的保護(hù)作物免受害蟲的傷害，轉(zhuǎn)質(zhì)體植物與核轉(zhuǎn)基因植物相比無(wú)疑是具有顯著的優(yōu)勢(shì)，尤其是在RNAi技術(shù)體系中，具有明顯的優(yōu)越性，例如：1）質(zhì)體中的?dsRNA/hpRNA積累水平更高；2）質(zhì)體中不存在將dsRNA切割成siRNA的RNAi機(jī)制。該項(xiàng)研究中，作者提供了一種基于“PM-RNAi策略”防控西花薊馬的方案，這一策略優(yōu)于核基因表達(dá)dsRNA的策略。這一研究表明，“PM-RNAi策略”可以靶向其他重要的非咀嚼昆蟲（類似于西花薊馬取食方案的刺吸式害蟲---能夠攝取表皮和葉肉細(xì)胞內(nèi)容物）（圖3），進(jìn)而將該技術(shù)擴(kuò)展到纓翅目和其他潛在的刺吸植物的害蟲。

原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2120081119