一种用于作物保护和改良的组合纳米喷雾诱导基因沉默技术

最近的研究报告表明，植物害虫和病原体已经广泛地消耗了作物产量，这导致对商业杀虫剂和杀菌剂的依赖增加。这些农药的使用增加也显示出对环境的不利影响，因此已经实施了许多技术来解决这个问题，其中一些技术包括使用纳米生物偶联物RNAi，它使用双链RNA来抑制基因表达。一种更加创新和环保的策略包括喷雾诱导基因沉默，这种策略正在越来越多地实施（图 1）。

图 1. 基于喷洒的RNAi 病虫害防治技术

本文综述了喷雾诱导基因沉默(SIGS)与纳米生物偶联物结合的生态友好方法，该方法已被用于多种植物寄主及其病原体，以提供更好的保护。此外，人们通过解决科学空白来理解纳米技术的进步，从而为开发最新的作物保护技术提供了理论基础。

通过改变寄主植物的遗传，表达与病原体毒力相关的基因单链RNA，一种被称为宿主诱导基因沉默的技术正越来越多地用于植物防御措施。由于没有有效的植物转化方法，HIGS的应用受到限制。宿主诱导的基因沉默属于转基因生物(GMO)的过程，许多消费者抵制转基因产品的想法，这使得研究人员寻找非转基因作物保护策略。这导致了一种新的改进策略的发展，即喷雾诱导基因沉默(SIGS)。它是HIGS的一种非转基因替代品，因为喷雾诱导的基因沉默可以通过局部应用或叶面喷洒双链RNA或单链RNA分子到植物上以暂时沉默毒力基因来防止病原体感染。

由于SIGS不依赖于植物转化，因此当满足一些关键要求时，它被认为适用于所有作物，其中包括病原体靶基因的功能和序列信息。在此之后，RNAi的作用主要是转录后的，因此应该表达病原体的靶基因。SIGS的潜在前景包括咀嚼昆虫，因为它们可以很容易地吸收喷洒的dsRNA，这些dsRNA侵入某些昆虫物种的角质层。

研究提供了一些这种技术的成功实现。例如，以大麦叶片为例，双链RNA被设计为针对真菌细胞色素，在这种喷雾的帮助下，可以抑制真菌病原体和对甘蓝型油菜的抑制。

纳米技术被认为是一种潜在的农业工具，因为它专注于RNAi分子的智能传递，用于害虫管理（图 2.）。为了提高SIGS方法的强度和周期，纳米颗粒被越来越多地使用，因为这些双链RNA对环境没有毒性，不像HIGS。随着成本效益生产的不断进步，可以预见，SIGS将在农业中得到广泛应用。然而，在跨界小RNA的作用机制方面还需要进行大量的探索，这些小RNA在未来的病虫害管理中具有很大的潜力。科学界对产生多种基因敲除也表现出极大的兴趣，这些基因敲除在相同的应用下以一种模式的方式保护人们免受多种疾病的侵害。

图 2. 各种纳米生物偶联物在作物保护中的应用

人口的广泛增长对受到害虫和病原体威胁的食品供应链提出了需求。SIGS是一种有前景的技术，越来越受欢迎，因为它代表了一种有吸引力的进步，因为它是一种非转基因方法，对环境和人类健康有潜在的好处。需要对复杂系统中相互作用的机制有更深入的了解，因此建议生物学家和材料科学家密切合作。为了跟上生产成本，生物技术被视为提高工业规模利润的帮手之一;尽管在未来几年应该进行严格的实地研究，将SIGS方法添加到害虫管理战略中，以提高作物产量，以增加SIGS用于精确农业的机会。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsomega.3c01968