RNAi抗虫技术的特点及应用

杨斌，王桂荣（中国农业科学院植物保护研究所）

摘要：基于RNAi技术的害虫防控方法是一种靶标特异性强、绿色环保的新型害虫防控技术。该技术在在害虫防控方面已经有10余年的技术积累，针对某些重要的农业害虫也获得了一些成功的案例，商品化的RNAi抗虫产品最早于近几年就能面市。本文将介绍RNAi抗虫技术的特点以及RNAi抗虫技术的两种主要应用方式。

关键词：RNAi抗虫技术；RNAi制剂；RNAi抗虫作物；害虫防控

1.RNAi抗虫技术的特点

基于RNA干扰（RNA interference，RNAi）的害虫防控技术是近年来非常具有商品化发展潜力的一种环境友好型害虫防控方法。其主要原理是通过针对靶标害虫特异设计的外源双链RNA来沉默害虫在生长发育中起到关键作用的基因，从而引起害虫死亡，最终达到减少害虫虫口密度，保护农作物的目的。该技术最大的特点是专一性强、易降解、无毒副作用，因此在有害生物管理方面显示出了巨大的潜力。RNAi抗虫技术的首要核心是筛选特异性高、致死率高的抗虫靶标基因。主要发展方向是研发RNAi制剂和RNAi抗虫作物。

2.RNAi制剂

RNAi制剂就是将原料双链RNA与溶剂、载体等混合制成水剂或者乳剂。使用方法类似于化学农药，将RNAi制剂以一定浓度喷施到植物或者害虫表面来进行害虫防控的方法。RNAi制剂适用于人工喷施或者无人机喷施等一切现有的化学农药使用方法，但施用过程中不会对人造成任何毒害，相比于传统的化学农药更加安全。此外，RNAi制剂在成份上可以灵活组合不同靶标害虫的双链RNA，可以根据虫害的发生情况进行任意的组分配比。但是，由于双链RNA在环境中极易降解，如何保护双链RNA、延长双链RNA在田间的持效期是需要考虑的一个重要因素。目前，纳米载体材料的研发对RNAi制剂提供了巨大的帮助，在纳米载体的保护下，RNAi制剂的持效性已经有了巨大的提升。同时，纳米载体材料可以增加双链RNA进入害虫体内的效率，已有多篇报道证实纳米载体材料可以提高双链RNA对害虫靶标基因的沉默效果，显著增加害虫的死亡率[1]。

2.RNAi抗虫作物的培育

防控害虫的另一个有效办法是培育RNAi抗虫作物，研发带有害虫双链RNA的作物。尽管培育RNAi抗虫作物需要较长的周期和高昂的研发成本，但是RNAi抗虫作物在种植后无需增加特殊的农业操作，不需要使用农药，简单方便。Baum等人早在2007年就已经证明证实导入玉米根萤叶甲（Diabrotica virgifera virgifera）V-ATPase基因的双链RNA的玉米植株能够有效的减少其对玉米根系的危害[2] 。同年，Mao等人证明取食导入棉铃虫（Helicoverpa armigera）dsCYP6AE14 基因双链RNA的拟南芥或烟草叶片可以导致棉铃虫出现发育迟缓的症状[3] 。目前，全世界都在加大RNAi抗虫作物的培育工作。RNAi抗虫技术已经成功的应用于玉米、小麦、棉花、马铃薯、烟草等多种作物中[4-8]。其中最著名的是孟山都研发的抗玉米根萤叶甲的玉米抗虫株系（MON87411），它在玉米中导入了玉米根萤叶甲SNF7基因的双链RNA，可以有效地减少该害虫的危害，这也是最早进行商品化阶段的RNAi抗虫作物，已经被美国、加拿大等多个国家批准进行商业化种植。

参考文献:
[1] Li J, Qian J, Xu Y et al. A facile-synthesized star polycation constructed as a highly efficient gene vector in pest management [J]. ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 6316−6322.
[2] Baum JA, Bogaert T, Clinton W, et al. Control of coleopteran insect pests through RNA interference [J]. Nature Biotechnology, 2007, 25(11): 1322-1326.
[3] Mao YB, Cai WJ, Wang JW et al. Silencing a cotton bollworm P450 monooxygenase gene by plant-mediated RNAi impairs larval tolerance of gossypol [J]. Nature Biotechnology, 2007, 25(11): 1307-1313.
[4] Liu F., Yang B., Zhang A., et al. Plant-mediated RNAi for controlling Apolygus lucorum [J]. Frontiers in Plant Science, 2019, 10: 64.
[5] Hou Q, Xu L, Liu G et al. Plant-mediated gene silencing of an essential olfactory-related Gqα gene enhances resistance to grain aphid in common wheat in greenhouse and field. Pest Manag. 2019,75(6), 1718–1725.
[6] Guo W, Bai C, Wang Z et al. Double-stranded RNAs high-efficiently protect transgenic potato from Leptinotarsa decemlineata by disrupting juvenile hormone biosynthesis. Food Chem,2018, 66(45), 11990–11999.
[7] Shen GM, Song CG, Ao YQY et al. Transgenic cotton expressing CYP392A4 double-stranded RNA decreases the reproductive ability of Tetranychus cinnabarinus. Insect，2017,24(4), 559–568.
[8] Mao J, Zeng F. Plant-mediated RNAi of a gap gene-enhanced tobacco tolerance against the Myzus persicae. Transgenic Res, 2014, 23(1), 145–152.