樹干注射dsRNA介導的RNAi技術在蘋果樹病蟲害防治中的應用

RNA干擾(RNAi)技術在昆蟲學領域得到了越來越廣泛的應用，被認為是害蟲綜合治理的潛在工具。研究表明，當dsRNA飼喂給不同種類的節(jié)肢動物，包括一些重要的經濟作物蘋果害蟲時，均有較強的致死作用。例如，當褐紋蝽(BMSB)若蟲被喂食針對它們的三個管家基因所設計的dsRNA時，呈現(xiàn)了較高的死亡率。綜合其他一些研究結果表明，RNAi是一種很有前途的控制果樹害蟲的替代工具。

在植物中，內源性小RNA的運動和運輸是常見的，這種運動參與植物防御、生長、適應環(huán)境變化等多種功能的基因調控。這些運動主要通過胞間連絲進行細胞間的傳播，或通過韌皮部進行全身的、長距離的傳播。通過不同方法傳遞外源dsRNAs的吸收和移動的證據(jù)也在各種草本和木本植物物種中被報道。通過根吸收、葉柄吸收和樹干注射的dsRNAs可以完整地通過木質部和外質體運輸，被取食節(jié)肢動物害蟲攝取，然后通過害蟲的siRNA途徑進行處理。

樹干注射是利用樹木的維管系統(tǒng)將作物保護材料運輸?shù)綐涔诘囊环N定向輸送系統(tǒng)。該技術已被證明是特別有利于對紫外線敏感性的生物農藥進行保護和應用的策略。樹干注射確保最大限度地將作物保護材料輸送到樹冠，同時最大限度地減少環(huán)境退化和消除噴霧時偏離目標。該技術對各種食性害蟲如食葉害蟲和刺吸樹果實害蟲有較好的防治效果。迄今為止，對果樹樹干注射傳遞dsRNA的研究僅限于半田間條件下的盆栽樹木，而對果樹葉片dsRNA持久性的測量僅限于幾天或幾周的持續(xù)時間。這項研究的目的是確定在果園生長條件下，樹干注射向全尺寸蘋果樹的冠層傳遞dsRNA的有效性（圖 1）。此外，為了預測是否能維持足夠的效價，以實現(xiàn)RNAi對目標害蟲的影響，研究人員還測量了葉片中dsRNA的時間持久性。

這項研究在果園條件下的蘋果樹干注入后，dsRNA在樹冠內的時間分布提供了重要的數(shù)據(jù)。在蘋果樹樹冠中，dsRNA的移動和持久性的時間模式與小分子殺蟲劑和生物農藥的記錄相似（圖2）。相比之下，水溶性殺蟲劑吡蟲啉在蘋果葉片上的濃度在14 DAT（days after treatment）(2011年6月13日)達到峰值，并在樹干注射后在蘋果樹樹冠上持續(xù)約3個月。生物農藥印楝素 7?DAT(2017年6月1日)時在梨葉片中達到峰值，并在樹干注射后在冠層中持續(xù)約1個月。

蘋果樹冠層中 dsRNA 濃度隨時間而呈現(xiàn)出的顯著變化。2019 年，最高 dsRNA 濃度出現(xiàn)在第 14 DAT，然后在 70 天后緩慢下降。鑒于兩年間的 dsRNA 濃度在 56 DAT 的時間線上相似（2019 年：26,960 fg；2020年：16,409 fg），我們猜測 2020 年的峰值被錯過，這是因為未收集 3 DAT – 35 DAT 樣本（由于 COVID限制）。dsRNA濃度隨著時間的推移逐漸下降可能是由葉組織中 dsRNA 的降解引起的。本研究未解決的另一個可能導致檢測到的 dsRNA 下降的因素是 dsRNA 的細胞攝取和隨后加工成 siRNA的因素，未來的研究應該解決這個問題。

樹木物候學可能是影響 dsRNA 在生長季節(jié)的果園樹木中分布和持久性的另一個重要因素。在這項 dsRNA 注射研究的過程中，在冠層中測量的峰值濃度是在 6 月初，即蘋果花瓣落下后不久。蘋果從開花到花瓣落下的階段代表了從早期的萌芽期和葉片組織擴張期到由光合作用驅動的能量推動的夏季枝條擴張期的轉變。在接下來的兩個月里，花瓣落下階段完全展開的葉子數(shù)量接近五倍。因此，如果在注射后 2 周內達到 dsRNA 至冠層的峰值遞送濃度，即使沒有發(fā)生 dsRNA 降解，僅由于生長季節(jié)枝條和葉組織的擴張，冠層濃度也會下降 5 倍左右.

除了樹冠中的 dsRNA 持久性外，其他變量可能對基于注射的 dsRNA 遞送策略具有重要意義。在本研究結果的基礎上，未來的研究應描述 dsRNA易位途徑和 dsRNA 在不同植物組織中的分布，評估植物細胞攝取和處理注射 dsRNA 的量，并直接測量 RNAi 對暴露于處理植物的節(jié)肢動物害蟲的影響組織。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1002/ps.6993