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质体介导的 RNAi 可高效防治西花蓟马

西花蓟马（Frankliniella occidentalis）是一类刺吸式害虫，对农业和园艺作物造成巨大破坏，随着人类交流的日益增快，西花蓟马已经在遍及世界各地。西花蓟马体型小，善于隐匿，例如，其产卵时，可以将卵嵌入植物组织内部，若虫和成虫隐匿在植物芽叶或者花苞之中，极难被发现。此外，由于长期大量施用化学农药，西花蓟马对大多数杀虫剂均产生了抗性，进一步加剧了防治难度。

华中农业大学Ralph Bock和张江团队于2022年4月在国际著名杂志PNAS上发表了题目为“Efficient control ofwestern flower thrips by plastid-mediated RNA interference”研究论文。作者发现，西花蓟马在进食时，会摄入大量的叶绿体RNA，于是作者在叶绿体基因组中表达针对西花蓟马基因的长dsRNA，诱导有效的RNAi反应，并有效地杀死目标昆虫。其结果表明，植物质体介导的RNAi可以精准靶向非咀嚼式害虫，这为防治蓟马及其它刺吸式害虫提供了有效的策略。

RNA干扰（RNAi）技术被认为是一种有前途的化学农药替代品，它通过递送针对昆虫基因的dsRNA来实现害虫控制的目的。针对昆虫必需基因表达dsRNA的核转基因植物对几种昆虫具有有限的保护作用，比如棉铃虫（Helicoverpa armigera）、西部玉米根虫（Diabrotica virgifera）、褐飞虱（Nilaparvata lugens）、桃蚜（Myzus persicae）和粉虱（Bemisia tabaci）。但是，核转基因策略可达到的控制水平通常不足以用于实际应用。质体介导的RNA干扰（PM-RNAi）是一种非常有价值的害虫防治策略。先前的研究表明，将dsRNA稳定转染到质体基因组并表达，可以有效控制一些鞘翅目害虫，相比之下，由于质体中缺乏RNAi机制，质体转基因的dsRNA 表达可以更为容易的增加dsRNA的积累，使其更容易实现害虫防治的目的。已有的研究表明，如科罗拉多马铃薯甲虫（Leptinotarsa decemlineata）、美洲棉铃虫（Helicoverpa zea）和棉铃虫的质体转基因技术具有非常显著的优势。但质体转基因技术在其他害虫群，尤其是非咀嚼式昆虫中的应用和效果知之甚少。 

在通过人工饲喂、显微注射和共生体递送dsRNA等方案可以成功引发西花蓟马的RNAi反应之后，研究人员设计开发了“PM-RNAi策略”，进行质体介导的RNAi 防控的研究。在这项研究中，分别构建了质体和核转基因的烟草植物，以表达西花蓟马的四个靶标基因（ACT、TUB、VAT和SNF）的dsRNA或发夹RNA（hpRNA），所有四个靶基因都成功表达为来自质体基因组的dsRNA和hpRNA（图1）。

结果显示，四个基因的dsRNA和hpRNA都可以在质体基因组中高水平表达。这里虽然使用了相同的Prrn启动子用于4种转基因中dsRNA和hpRNA的生产，但是，RNA的积累水平存在差异。作者认为，这可能与基因片段的长度及其可能的GC含量有关。但是，总体而言，靶向同一昆虫基因的转质体细胞系之间的差异相对较小，说明质体表达的dsRNA，hpRNA都可作为西花蓟马中RNAi反应的有效触发因素。为了评估转质体和核转基因植物防治西花蓟马的效果，作者对西花蓟马幼虫的昆虫进行了生物测定。对照植物（Nt-wt和Nt-pt-dsNDUFVII）、转质体（Nt-pt-dsSNF和Nt-pt-hpSNF）和核转基因植物（Nt- nu-hpSNF）连续处理6天，与核转基因植物相比，转质体植物诱导的死亡率显著提高，在6天后几乎所有幼虫死亡（图2）。 

转基因植物，可以有效的保护作物免受害虫的伤害，转质体植物与核转基因植物相比无疑是具有显著的优势，尤其是在RNAi技术体系中，具有明显的优越性，例如：1）质体中的 dsRNA/hpRNA积累水平更高；2）质体中不存在将dsRNA切割成siRNA的RNAi机制。该项研究中，作者提供了一种基于“PM-RNAi策略”防控西花蓟马的方案，这一策略优于核基因表达dsRNA的策略。这一研究表明，“PM-RNAi策略”可以靶向其他重要的非咀嚼昆虫（类似于西花蓟马取食方案的刺吸式害虫---能够摄取表皮和叶肉细胞内容物）（图3），进而将该技术扩展到缨翅目和其他潜在的刺吸植物的害虫。

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