科研成果

张江教授课题组发明了一种扩大植物介导RNAi抗虫谱的新技术

作者:  发布时间:2024-03-02  阅读次数:

现下,RNA干扰(RNA interferenceRNAi)已成为一种有效的农业害虫防治技术,国内外已经有RNA生物农药成功登记并在田间应用害虫防治。RNAi是以核苷酸互补配对的方式导向害虫靶标基因,从而抑制该基因的表达,以达到抗虫目的。因此,以往的bbin平台研究中RNAi在抗虫方面具有高度的物种特异性,虽然具有很强的安全性,但对其它非靶标害虫则缺少防治能力。然而,在实际的农业生产当中,一种作物在自然条件下不可避免地会受到两种或多种害虫的威胁RNAi技术自身的物种特异性限制了抗虫谱的扩大。

近日,Plant Biotechnology Journal在线发表了张江教授团队题为“Control of two insect pests by expression of a mismatch corrected double-stranded RNA in plants”的bbin平台研究论文(图1)。该bbin平台研究通过对dsRNA的重头设计,成功使得表达一种dsRNA的转基因植物能够同时抵抗桃蚜和烟粉虱这两种重大农业害虫,扩大了植物介导RNAi的抗虫谱。

1. 论文首页

桃蚜和烟粉虱均为小型刺吸式害虫,两者的寄主范围十分广泛且互有重叠。在自然条件下,许多重要的粮食和经济作物常遭受它们的共同为害,如马铃薯、茄子、烟草等。细胞核基因组表达的dsRNA绝大多数都会植物体内的Dicer酶切割成小干扰RNAsmall interference RNAsiRNA)。进入到昆虫体内后,siRNA分子的其中一条单链以核苷酸互补配对的方式结合昆虫靶标基因,随后在Ago等蛋白的协助下沉默靶标基因的表达。bbin平台研究人员对桃蚜和烟粉虱β-actin基因其中一段区域段进行了序列比对,发现两者的序列相似度仅为84.73%,桃蚜或烟粉虱该区域所对应的dsRNA仅能切割形成最大可能的4个完全匹配siRNA用以靶标另外一种害虫的基因,和前期的bbin平台研究结论一致,针对一种害虫的dsRNA只特异性的对本身具有抗性,而对另外一种害虫没有抗性。为实现同时RNAi2种害虫,bbin平台研究人员对该区域进行了序列重头设计,采取了一种错配核苷酸间隔纠错的方法,获得了一段中间序列。中间序列与桃蚜和烟粉虱同源区域的一致性分别提高到了92.63%92.11%。与此同时,中间序列所对应的dsRNA在防治桃蚜和烟粉虱时,最大可能的完全匹配siRNA提高到了27个和23个。转基因RNAi植物的抗虫生物测定实验表明:表达中间序列dsRNA的转基因RNAi植物同时对桃蚜和烟粉虱产生了显著抗性,有效地诱导了靶标基因β-actin的沉默,其抗虫的水平和表达原始序列dsRNA的抗虫植物相当,从而实现了“一箭双雕”,同时抵抗桃蚜和烟粉虱这2种害虫。而表达原始dsRNARNAi植物则分别只对两种害虫其中的一种具有抗性,但是对另外一种则没有抗性。该结果首次采用了错配核苷酸间隔纠错的dsRNA设计理念,可以有效地拓展植物介导RNAi技术的杀虫谱,进一步推进了RNAi技术用于害虫防治的应用领域。

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2. 通过错配核苷酸间隔纠错产生的人工设计中间dsRNA在植物表达的可以同时有效防控蚜虫和烟粉虱

bbin官网大学董毅bbin官网和已毕业硕士bbin平台研究生张琪为论文共同第一作者,张江教授和常玲教授为共同通讯作者。该bbin平台研究得到了国家重点研发计划、自然科学基金等项目的资助。

文章链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14321

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