张江教授团队在质体介导RNAi抗虫领域又一次取得突破

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在国际权威植物科学期刊《New Phytologist》（IF=10.3）上发表最新研究成果“Transplastomic tomatoes expressing double-stranded RNA against a conserved gene are efficiently protected from multiple spider mites”。该研究首次应用质体转基因技术表达靶标螨类害虫保守基因的双链RNA，实现多种螨类害虫的有效防控。

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叶螨又称蛛螨或者红蜘蛛，属于蛛形纲蜱螨亚纲叶螨科的植食螨类。红蜘蛛是世界范围内非常重要的植食性叶螨，其宿主种类包括150多种种属的1100种不同的植物物种。由于叶螨世代时间较短且生产力极强，他们很容易建立种群并扩大，对农业造成严重的损害。叶螨具有特殊的刺吸式口器，吸取植物的汁液直至植物叶片萎蔫呈灰白色，严重影响植物的生长发育，严重时叶片果实都会干枯脱落。并且，叶螨在生长过程中，会不断吐丝结网，影响植物的光合作用。另外，由于其宿主种类非常多，当叶螨发生时，会迅速扩展到其他作物，导致严重的农业损失，因此找到绿色且高效的螨类害虫防治策略是亟待解决的问题。

红蜘蛛在取食过程中，将口针穿过表皮细胞间隙或通过保卫细胞开口，进而取食植物叶肉细胞。在本研究中，作者通过分析植物叶绿体与其口针直径大小，认为红蜘蛛在取食过程中可以摄取完整的叶绿体，并通过RT-PCR验证了伊氏叶螨（Tetranychus evansi）、截型叶螨（T. truncatus）和朱砂叶螨（T. cinnabarinus）在取食番茄过程中能质体的核酸组分。随后选取了保守的肌动蛋白（Actin）基因作为靶标基因，验证了三种叶螨体内靶标基因的相似度，并通过生物信息学分析统计了靶标片段在三种叶螨体内产生的完全匹配和匹配度≥95%的小的干扰RNA个数，证明选取的基因片段可以靶标多种螨类害虫的Actin基因，诱导产生有效的RNAi反应。随后通过生理测试验证了得到的质体转基因番茄植株可以显著降低伊氏叶螨、截型叶螨和朱砂叶螨这三种叶螨的存活率和靶标基因的表达水平。除此之外，作者还对比了伊氏叶螨在质体转基因番茄植株和核转基因番茄植株上的存活率差异，靶标基因表达差异以及植物表型差异，确认了质体转基因植株具有更强的抗螨类害虫效果。

综上，该研究证实了螨类害虫在取食过程中能够取食植物核酸组分，在此基础上选取保守的Actin基因，并利用质体转化技术实现多种螨类害虫的有效防治，确认质体转化技术相比于核转化技术对螨类害虫具有更高效的防治效果，扩展了质体介导RNAi技术在防治非昆虫类虫害领域的应用。

图2 叶螨取食质体转化和核转化植物的模式图

已毕业博士研究生吴梦婷和硕士研究生张琪为该论文共同第一作者，张江教授为该论文通讯作者，湖北大学为第一单位。德国马普分子植物生理所Ralph Bock教授和Stephanie Ruf博士在番茄质体转化上提供了帮助。西南大学植物保护学院何林教授在叶螨的抗性测试上提供了指导。课题获得了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金创新群体的支持。张江教授团队长期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5年来在PNAS、Molecular Plant、Microbiome、New Phytologist、Trends in Biotechnology、Plant Biotechnology Journal、Plant Cell and environment、Journal of Experimental Botany和Pest Management Science等期刊发表论文30余篇；

论文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18595