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    RNAi抗蟲技術的機遇和挑戰

    2020-04-27 10:50 | 作者: 楊斌 王桂榮 | 標簽: RNAi

    作者:楊斌,王桂榮(中國農業科學院植物保護研究所)

    摘要:RNAi抗蟲技術是一種新型綠色無公害的害蟲防控方法,它以害蟲生長發育或重要行為過程中特異性的關鍵基因為靶標,利用人工合成的雙鏈RNA沉默這些基因的表達,通過影響害蟲的發育和繁殖,降低蟲口密度,達到害蟲防控的效果。RNAi抗蟲技術對人畜無毒性,不傷害天敵,不破壞生態環境,是理想的害蟲防控方法。本文將介紹什么是RNAi抗蟲技術,如何應用RNAi抗蟲技術,以及這項技術所遇到的機遇和挑戰。

    1.RNAi技術

    RNAi (RNA干擾)的現象首先發現于秀麗隱桿線蟲,其主要過程是通過一段與靶標基因同源的雙鏈RNA(dsRNA)或siRNA,降解靶標基因的mRNA或抑制其翻譯,從而達到沉默靶標基因的目的。RNAi技術就是利用這一特性開發的基因沉默工具,由于其簡便性和特異性,在許多生物特別是非模式動物植物中取得了廣泛應用,推動了對許多生物重要基因功能的研究。

    2.RNAi抗蟲技術

    RNAi抗蟲技術是利用RNAi技術沉默在害蟲生長發育或重要行為過程中的關鍵基因,阻礙害蟲正常的生長和繁殖,導致害蟲死亡,從而降低害蟲的為害程度。RNAi抗蟲技術最大特點是靶標專一性強,不傷害天敵等有益生物,不改變害蟲的基因組,不會破壞生態系統。RNAi抗蟲技術中的主要成份是雙鏈RNA,它在生物中普遍存在,在自然環境中也容易降解,因此無毒、殘留時間短,是一種綠色環保的抗病蟲技術,對作物病蟲害防控展現了巨大的應用前景。

    3. RNAi抗蟲技術的應用方法

    RNAi抗病蟲技術的主要應用方法有兩種:第一種是使用與傳統化學農藥同樣的噴施的方法。直接將雙鏈RNA制劑噴施到作物表面,dsRNA通過害蟲的取食行為攝入或由體表直接滲透進入害蟲體內,進而發揮功能沉默害蟲特有的靶標基因,從而影響害蟲正常的生長發育直至其死亡。第二種方法是培育RNAi抗蟲作物。將害蟲靶標基因的片段導入植物體內,使植物在生長發育過程中直接合成雙鏈RNA,害蟲在取食作物后無法正常生長發育或死亡。兩種方法都具有較高的應用前景,且具有各自的優缺點:直接噴施的方法使用靈活,可以根據害蟲不同的種類混合不同的雙鏈RNA,因此可以因地制宜的搭配雙鏈RNA制劑,但缺點是雙鏈RNA降解快,需要合適的方法或助劑延長它在田間的持續時間,且受天氣影響較大。培育RNAi抗蟲作物的優點是簡單方便,種植后無需特殊的日常維護,但缺點是培育所需要的時間長,方法相對復雜,因此只能在設計初期選定需要防控的害蟲種類和靶標基因,種植后無法應對新增害蟲種類,若想改變抗蟲范圍只能重新進行育種工作。

    4. RNAi抗蟲技術面臨的機遇與挑戰

    抓好糧食生產,讓人民有的吃、吃得放心是我國對標全面小康的硬任務之一。2019年中央一號文件明確指出,中國的農業生產要提質、向優、向綠,數量質量一起抓,產量產能一起抓,生產生態一起抓。此外,近年來食品安全問題日益被人民所重視。國家和消費者的需求,為發展RNAi抗蟲技術提供了良好的條件。同時,國際市場對RNAi抗蟲技術也高度關注,包括孟山都、拜耳和先正達在內的多家大型農業生物技術公司都在積極開發相關的產品,也為我國RNAi抗蟲技術的發展提供了部分依據。因此,在這一背景下,RNAi抗蟲技術遇到了良好的發展機遇。

    盡管RNAi抗蟲技術擁有良好的應用前景,在產品的研發中還需要解決一些重要的問題:首先是安全性的問題。雙鏈容易降解,因此對環境不會產生負面影響,但是對害蟲靶標基因的篩選必須慎重對待,對靶標害蟲的基因選擇需要有特異性,不能產生脫靶;其次,針對RNA制劑的研發,如何降低雙鏈RNA的合成成本,是其能否應用于實際生產的關鍵限制因素。隨著合成技術的發展,雙鏈RNA的合成價格已經從每克上萬美元降低至每克不到1美元,隨著RNAi抗蟲技術的發展和普及,規?;a的RNAi抗蟲產品價格必然會進一步下降,達到農民可以承受的水平。最后,害蟲是否對RNAi抗蟲產品產生抗性,是一個不可回避的問題,需要加大研究力度,并通過聯合其他措施進行害蟲的綜合治理,延長害蟲發生抗性的時間,降低害蟲的抗性。

    綜上所述,RNAi抗蟲技術作為新型綠色環保的抗病蟲技術,有著良好的應用前景,我國科研工作者也正在加緊RNAi抗蟲技術的研發,期望在未來的幾年內對具有我國自主知識產權的RNAi抗蟲產品進行商品化生產,并應用于我國的農業害蟲防治中去。

    參考文獻:
    1. Fire A et al. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature, 1998, 391(6669):806-811.
    2. Gordon KHJ and Waterhouse PM. RNAi for insect-proof plants. Nature, 2007, 25(11), 1231–1232.
    3. Jalaluddin NSM, Othman RY, Harikrishna JA. 2019. Global trends in research and commercialization of exogenous and endogenous RNAi technologies for crops. Critical Reviews in Biotechnology, 39: 67-78.
    4. Mao YB et al. Silencing a cotton bollworm P450 monooxygenase gene by plant-mediated RNAi impairs larval tolerance of gossypol. Nature Biotechnology, 2007, 25: 1307-1313.
    5. Kunte N et al. Prospects, challenges and current status of RNAi through insect feeding. Pest Management Science, 2020, 76: 26-41.

    來源:基因農業網

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