纳米递送系统介导的RNAi机理：一种害虫可持续治理新策略

世界农化网中文网报道： 21世纪以来，随着纳米科学的不断发展，作为多学科融合且极具平台性的纳米科技受到科研和产业界越来越多的关注。因尺度微小，纳米材料表现出传统材料所不具备的诸多特性。纳米医学是一门相对较新但发展迅速的学科，基于纳米载体的药物递送系统可能是解决一系列问题的关键。纳米技术与传统农业的结合也展现出了广阔的应用前景，主要被用于农药的递送，高效携带外源杀虫因子，有望起到提升毒力、扩大杀虫谱、减少使用量、延长持效期、减少环境污染等作用。中国农业大学沈杰教授团队最近构建的星形阳离子聚合物（Star Polycation，SPc），作为一种农药助剂及dsRNA递送载体，可以提高外源杀虫因子穿透害虫体壁的能力，提升杀虫效率，在害虫防治领域展现出广阔的应用前景。

RNA干扰技术可以特异高效地干扰害虫靶标基因表达，进而控制害虫的发生危害，在害虫防控领域被寄予厚望。相较于传统的递送策略，纳米载体介导的RNAi递送系统具有高效、稳定、低剂量、缓释等优点。

纳米载体介导的dsRNA递送主要包括4个步骤：纳米载体与核酸结合、细胞摄取、核内体逃逸、纳米复合物的解离与核酸的释放。纳米载体通过静电作用与RNA的磷酸基团结合，形成载有核酸的纳米颗粒复合物，核酸纳米颗粒复合物与细胞膜结合后，通过细胞胞吞作用进入细胞并且形成内吞泡，内吞泡在细胞内沿微管运动并与早期核内体结合，因为核内体在成熟后会进入溶酶体，所以核酸纳米颗粒复合物需要及时逃逸出核内体，进入细胞质来避免溶酶体降解。由核内体逃逸后，在细胞中许多阴离子的作用下，阳离子聚合物构成的纳米载体解聚，使得dsRNA/siRNA由纳米载体中释放出来，进入昆虫RNAi途径，抑制害虫特异mRNA的表达（图1）。

图 1　纳米载体介导的害虫RNAi机理

较传统的给药策略，纳米载体介导的RNA农药递送系统对核酸具有高效的保护性，同时提升外源dsRNA/siRNA穿透害虫肠道围食膜、细胞膜甚至体壁等屏障，大幅提升RNAi效率。虽然RNAi技术在害虫防治领域已取得突破性进展，但由于dsRNA合成成本较高，国际上尚无成熟的产品问世。随着合成生物学的飞速发展，对工程菌进行改造，从而实现低成本、批量化dsRNA合成，有望降低RNA农药的生产成本。中国农业大学沈杰教授团队通过敲除大肠杆菌BL21(DE3)中编码核糖核酸内切酶RNaseIII的rnc基因，并与含有单个T7启动子的RNAi表达载体进行组合，构建了一种新型的pET28-BL21(DE3)RNaseIII-表达系统，其dsRNA表达效率是L4440-HT115(DE3)的3倍以上，该系统为大规模合成dsRNA提供了一种低成本、高效率的新方法。研发的可喷洒型RNA农药可以通过叶面喷洒、树干注射和种子包衣等技术使用（图2），将促进大规模基因功能解析及基于RNAi为核心的害虫防控技术的发展。

图 2　RNAi在害虫防治领域的应用展望

中国农业大学昆虫发育与植保新技术研究组为论文的第一完成单位。闫硕副教授为本文第一作者，沈杰教授为本文通信作者，全国农业技术推广服务中心农艺师任彬元也参与了此项工作。