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新一代生物农药渗透植保界,农业变革已悄然到来

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-27  浏览次数:477
 RNA 干扰(RNA interference,简称“RNAi”)是指由内源或外源的双链RNA引发的mRNA 降解,导致特异性阻碍靶标基因表达的现象,普遍存在于生物体中。据悉在上世纪90年代,科研人员陆续发现RNAi基因沉默现象,目前已在昆虫学研究领域中得到了广泛的应用。由于RNAi诱导基因沉默具有高效性、特异性以及简便性这些优点,近些年该技术也用在了新型农药开发中。

RNAi防治害虫的原理

RNAi通过干扰与害虫生长发育相关基因的转录和翻译过程,阻止蛋白质的合成,导致害虫的环境适应能力降低或死亡。此类防治方法主要通过害虫取食来内化靶标基因的双链RNA。昆虫摄入与靶标基因具有高度特异性的双链RNA后,该双链RNA在中肠位置被吸收,若沉默的目标基因并非位于中肠,则沉默信号能通过细胞或组织间传导,到达被干扰的靶基因部位进行RNAi。

运用RNAi 技术进行害虫防治所选择的靶基因大致分为5种:害虫致死基因,与害虫抗性和免疫相关的基因(降低害虫对化学农药的抗性),与害虫生长发育有关的基因,与害虫产卵有关的基因,以及与嗅觉相关的基因(干扰害虫对作物的识别)。

目前将双链RNA导入昆虫体内最受欢迎的方式是饲喂法,这种方式操作简单,易于实现,目前该方法已成功应用于褐飞虱(Nilaparvata lugens)、白蚁(Reticulitermes flavipes)、长红锥蝽(Rhodnius prolixus)和玉米根萤叶甲(Diabrotica virgifera)等多种害虫的防治中。饲喂法不需要专门的设备,同时运用该方法对RNAi开展研究也较为便捷。但也有缺点:该方法作用效果慢,并且处在卵和蛹阶段的昆虫因无法取食而不能受用。

RNAi应用于害虫防治中的优势

1)由于双链RNA具有高度特异性,此类产品不会影响非靶标生物。
2)RNA生物农药属于天然存在于环境或生物体内的物质,因此对非靶标生物的潜在危害比化学农药低,此类物质也能通过天然途径降解。
3)可以针对所有种类的有害生物开发此类产品。与Bt技术做对比为例,研究人员发现Bt抗虫转基因作物控制刺吸式昆虫的作用非常有限,因为Bt毒素尚未对此类害虫产生作用。而利用植物介导的RNAi解决了这一问题。

应用RNAi存在的挑战和技术突破

利用RNAi技术防治害虫的商业潜力主要取决于双链RNA传递给靶标害虫的效率,双链RNA是否能稳定存在于昆虫体内,以及作为杀虫饵剂的浓度。这些因素均影响双链RNA产品的使用成本。

对许多企业来说,解决RNA易分解的问题是一大难关。喷洒含有与特定基因序列匹配的双链RNA虽然可以使一些害虫的特定基因关闭,起到治虫效果,但喷剂中的RNA容易降解,功效不够持久,需要频繁使用,因此农民花销大。

自发现RNAi现象以来,科研人员为推动该技术的应用已实现了巨大进展。据《自然 • 植物》报道,澳大利亚昆士兰大学的研究团队研制出可以延长喷剂保护期的技术。该团队将RNA与生产成本低廉的黏土纳米粒子相结合,潮湿的黏土纳米粒子会与空气中的二氧化碳发生反应并逐渐分解,从而缓慢释放 RNA以延长其功效,该技术使得烟草植物对辣椒轻微斑驳病毒具有抗病毒能力长达20天之久,创造了前所未有的纪录。同时,英国剑桥大学长期从事基因沉默技术研究的David Baulcombe也表示,RNA与黏土纳米粒子的结合并不会带来任何安全隐患。

近年来,这一新兴行业出现了拥有前沿技术的企业,通过融资与合作不断深化研发,新技术正不断克服应用RNAi面临的挑战,包括开发出降低产品生产成本的技术等,这些都有利于此类产品应用于生物防治体系中。下面透过近年行业的热门动态,了解业内领先企业的新技术与新产品。


  
AgroSpheres生物分子封装技术:1)封装入生物活性分子,2)保护活性物质不受恶劣环境(包括RNA降解酶)的影响,3)使活性物质持久释放,4)膜上镶嵌蛋白质使活性物质黏附于植物叶片或昆虫上,确保农药触及靶标同时减少非靶标的接触。


RNAi前景

目前的研究显示,通过叶面喷施、树干注药和灌溉方式施用RNAi产品是可行的,其他施用方式,如种子包衣,还需要进一步研究。

未来RNA制剂技术不断改进也将会提高RNAi的功效和田间稳定性,可借此替代化学农药,或与化学农药联合使用,以减少农业对有害合成农药的依赖。

伴随科研进展,有害生物的基因序列不断被发现,人们对RNAi的作用机理有越来越多的认识,以及RNAi生产成本及功效进一步改善,此类特异性高,环境友好的新型生物农药,将在害虫防治领域发挥越来越重要的作用。Mordor Intelligence的研究数据显示,到2024年以前,该RNAi产品市场年复合增长率将达10.12%,美国是RNAi产品的最大市场,而亚洲则是增长速度最快的地区。
 
 
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