张江教授团队发现引起植物介导RNAi抗鳞翅目害虫棉铃虫的有效分子

近日，湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室张江教授团队的最新研究成果“Resistance to RNA interference by plant-derived double stranded RNAs but not plant-derived short interfering RNAs in Helicoverpa armigera”发表在国际知名期刊Plant, Cell & Environment上。该研究首次揭示了在植物介导的RNAi抗棉铃虫中，是siRNA而不是dsRNA能够有效的引起棉铃虫的RNAi反应，从而对棉铃虫起到防治效果。博士研究生付金秋与徐世静博士为该论文的共同第一作者，张江教授为该论文的通讯作者，湖北大学为第一单位。德国马普分子植物生理所的Ralph Bock教授和马普化学生态所的David G. Heckel教授参与了该研究。

图1. 文章首页

传统的害虫防治策略如化学农药的喷洒虽然能够有效的保护农作物，避免巨大的经济损失，但是不合理地滥用化学农药不仅对环境和人类健康造成严重损害，也使得一些农业害虫逐渐的产生了抗药性。近些年兴起的植物介导的RNAi防控害虫被认为是一种高效、环境友好和对人无害的新型抗虫策略。RNAi是真核生物的一种基因转录后调控机制，通过转基因技术使得植物表达靶向害虫生长发育所需关键基因的dsRNA，害虫取食后便会引发其体内的RNAi反应，并进一步干扰阻碍靶标基因的表达，最终使得害虫生长发育受阻甚至死亡。由于植物叶绿体中不存在RNAi机制，在叶绿体中表达的dsRNA能够大量积累，害虫取食少量的植物叶片便能摄取到大量的dsRNA，进而引发更强烈的RNAi反应。在叶绿体中表达dsRNA抗鞘翅目昆虫已经取得了非常好的效果，但对鳞翅目害虫（如棉铃虫）却一直效果不佳，更不清楚棉铃虫对何种RNAi分子更敏感。

张江教授团队利用棉铃虫-烟草作为研究对象和模式，探究了上述问题。通过烟草叶片对棉铃虫的喂食实验发现在叶绿体中表达靶向棉铃虫不同基因dsRNA的各种烟草转基因株系对棉铃虫都没有抗性，反而通过细胞核表达dsRNA的烟草株系对棉铃虫的生长及靶标基因的表达有抑制现象；进一步通过Northern blot分析发现细胞核表达的dsRNA会进入植物自生的RNAi途径被加工成siRNA，而由于叶绿体中缺乏RNAi机制，其表达的dsRNA会稳定积累；之后通过dsRNA与siRNA对棉铃虫中肠液的耐受实验发现植物表达的siRNA比dsRNA能更耐受棉铃虫中肠液中dsRNA酶的降解，结果不仅解释了细胞核转化植物比叶绿体转化植物更抗虫的原因，也发现了棉铃虫对植物源的dsRNA表现出抗性却无法抵抗植物源的siRNA。

图2. 植物介导RNAi抗棉铃虫的模式图

据悉，张江教授团队一直从事质体工程与植物保护前沿生物技术的基础理论和应用研究，近年来在Science、Microbiome、Trends in Biotechnology、Plant Biotechnology Journal、Plant Cell & Environment、Journal of Experimental Botany和Pest Management Science等期刊发表论文30余篇。该研究从立题到发表历时14年，利用大量详实的数据证实了新发现的可靠性。研究得到了国家自然科学基金面上项目，湖北省自然科学基金创新群体，德国马普学会等项目的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14314