质体介导的 RNA 干扰：有效防治害虫的潜在策略

RNA 干扰 (RNAi) 技术是一种有前途且有效的害虫管理方法。由于其序列导向的工作机制，RNAi 具有高度的物种选择性，从而最大限度地减少对非目标生物的潜在不利影响。最近，通过工程化质体（叶绿体）基因组而非核基因组来产生双链 RNA 已成为保护植物免受多种节肢动物害虫侵害的有效方法。在这里，我们回顾了质体介导的 RNAi (PM-RNAi) 害虫防治方法的最新进展及其影响其功效的因素，并提出了进一步提高效率的策略。

图 1. 用于害虫防治的植物介导的 RNAi 示意图模型

据估计，到 2050 年世界人口将超过 100 亿，全球粮食总需求预计将从 2010 年的 35% 增加到 2050 年的 56%。 农业生产力受到各种环境刺激因素的限制，例如害虫和病原体。 据评估，害虫造成了全球每年约 20% 的作物损失。 化学杀虫剂具有良好的控制效果，是抵御害虫的第一道防线。 不幸的是，化学农药的广泛应用造成了一些威胁环境和人类健康的问题。 苏云金芽孢杆菌 (Bt) 作物的采用减少了化学农药的使用，带来了经济和环境效益。 然而，昆虫抗药性已经出现，并且出现了非目标害虫的爆发，这需要开发新的、环境友好的替代昆虫管理策略。 

RNAi 是一种基因沉默机制，由双链 RNA (dsRNA) 介导，可诱导大多数真核生物中互补 mRNA 的降解。自从首次发现线虫秀丽隐杆线虫以来，RNAi 技术已被广泛用作基因功能研究的强大反向遗传学工具，最近发展成为一种有前途的害虫防治方法。进入靶细胞后，长 dsRNA 被 RNase-III 酶 Dicer 加工成 20-25 个核苷酸 (nt) 长的小干扰 RNA (siRNA)。随后，Argonaute 蛋白 (AGO) 组装这些 siRNA 形成 RNA 诱导的沉默复合体 (RISC)，该复合体介导与其引导链互补的内源性 mRNA 的降解（图 1）。 

RNAi 技术在害虫控制中的应用可以通过宿主诱导基因沉默 (HIGS) 通过产生表达 dsRNA 的转基因植物或喷雾诱导基因沉默 (SIGS) 涉及将 dsRNA 叶面施用于植物表面来实现. 这篇综述重点介绍了用于害虫防治的质体介导的 RNAi (PM-RNAi) 技术的最新进展。虽然 PM-RNAi 技术显示出控制各种害虫顺序的潜力，但仍有许多问题需要解决。 例如，导致不同害虫分类群之间 RNAi 效率高度变异的机制是什么？ 能否充分增强 PM-RNAi 的有效性以完全控制鞘翅目老龄幼虫？ 能否通过增加质体中杀虫 siRNA 的积累并结合抑制 dsRNase 活性来控制鳞翅目昆虫？ 更好地了解决定 PM-RNAi 效率的因素及其潜在机制将为开发基于该技术的害虫防治更有效和可持续的战略奠定基础。

图 2. 提高 PM-RNAi 害虫防治效率的策略

迄今为止，主要大田作物缺乏转质体技术限制了 PM-RNAi 技术向谷类作物的扩展以控制严重的害虫（图 2）。最近，壳聚糖复合的单壁碳纳米管被用于将 DNA 输送到一系列植物物种的叶绿体中，包括成熟的烟草、西洋菜、芝麻菜和菠菜，并对报告基因的瞬时表达进行了研究。然而，通常认为 DNA 递送的效率不会对将转质体方法扩展到主要作物构成重大障碍。未来的研究将侧重于植物组织培养和再生的有效方案的优化，以及谷类作物质体转化的有用选择标记的开发。此外，有可能使用游离结构在质体中引入外源表达，游离结构独立于天然质体复制并在多个营养世代中持续存在，即使在没有选择压力的情况下也是如此。 这种新型附加型载体也有望在谷类作物的质体中产生 dsRNA，用于害虫防治。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2023.105428