像棉花一类的农作物，因含有对昆虫有毒的物质，遇到有害昆虫的“袭击”时，具有一定自我保护能力。然而，棉铃虫的身上却有一种可以解毒的基因P450，轻易把棉花的“防线”化解。昨天，记者从中科院上海生科院植生生态所获悉，上海科学家找到了一种植物介导的昆虫RNA干扰技术。该成果刊登在了最新一期《自然·生物技术》杂志上。
据悉，棉花体内有一种有毒物质，称之为“棉酚”。可以抵挡许多外来侵袭者，但对棉铃虫却毫不起作用。于是，中科院院士陈晓亚课题组将一种与昆虫特定基因匹配的双链RNA分子，“种”入到烟草、拟南芥等植物中。当“贪嘴”的棉铃虫吃了后，它的“秘密武器”———P450基因，解毒本领大大降低。当被咀嚼的棉花进入到昆虫的“胃”时，棉酚的毒性可以迅速在体内发起“反攻”。“实验证明，该基因被抑制后，棉铃虫不会立即死亡。但却影响了它进食的欲望，影响了它的生长发育，最终可以导致死亡。”课题组成员毛颖波表示。
取之于害虫基因，转入于植物体内，助其发挥天然毒素作用，从而抑制害虫危害，却对人体和环境无毒。中科院上海生科院植物生理生态研究所11月5日宣布：科学家的这项发明有可能发展成为不使用杀虫剂而使转基因农作物自主灭虫的新方法，相关成果作为“亮点论文”发表于国际著名杂志《自然·生物技术》上。
该所研究员陈晓亚院士及其博士生毛颖波，选择棉花和棉铃虫作为项目研究对象。我国棉花种植面积占世界13％到20％，但仅棉铃虫为害，每年造成的经济损失就达数十亿元，严重年份甚至超过100亿元。为解决这一世界性难题，20世纪80年代起，各国就对转基因抗虫棉展开大量研究工作。目前的抗虫棉主要将来自外界的一种“苏云金杆菌”毒素蛋白基因转入植物。但近年来发现，棉铃虫已对“毒素”产生了抗性，虫害又有逐步加重的趋势。
昆虫取食植物，植物可通过产生有毒物质抵抗取食；但昆虫又能分解植物产生的毒素———植物与昆虫之间长期形成了“道高一尺、魔高一丈”的协同进化关系。陈晓亚研究组开始把研究方向转向棉花自身。棉花中也存在一种防御害虫的“天然抗体”———棉酚，但棉铃虫却能通过体内的P450基因合成一种酶，将棉酚的毒性化解，从而肆无忌惮地取食棉花。
于是，科研人员致力于分离出棉铃虫的这种“解毒基因”P450，并针对P450基因“装配”出双链RNA分子，从而干扰该基因，抑制棉铃虫的解毒能力。这些双链小分子被转入棉花体内后，相当于给棉花打了“免疫预防针”，而对棉花生长以及人类和环境没有任何不良作用。
这样一来，棉铃虫的食物变成了毒物。实验发现，用内含双链RNA分子的转基因植物喂食后，棉铃虫“解毒基因”的表达作用显著降低，对棉酚毒素的耐受性也大大减弱。这些棉铃虫吃了含有棉酚的饲料或棉花叶片后，营养不良，生长缓慢，甚至死亡。
专家认为，由植物自身介导的昆虫双链RNA干扰技术，能针对特定的昆虫防御基因起效，为开发更有效的转基因抗虫植物开辟了新的方向，也为农业害虫防治提供了特异性更强、且对环境安全的新思路。
《自然》系列杂志认为：这是第一次成功报道利用植物自身表达昆虫基因的双链RNA、抑制植食性昆虫防御基因的论文；通过这一技术改良的植物，比利用杀虫剂不分青红皂白地将所有昆虫杀死，更符合社会发展需要。
从中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所了解到，该所研究员、中国科学院院士陈晓亚和他的博士研究生毛颖波发明了一种植物介导的昆虫RNA干扰技术，可以有效、特异地抑制昆虫基因的表达，从而抑制害虫的生长。
“我们在研究中发现，棉铃虫身体内含有可以参与棉毒素解毒的基因P450。”毛颖波告诉记者，棉花本身含有一种棉毒素（棉酚），但是棉铃虫体内的这种P450基因合成一种酶却能分解该毒素，因此科研人员试着将一种与昆虫特定基因匹配的双链RNA分子转移到植物中，使得棉铃虫吃了这种转基因植物后，无法抵抗棉毒素的侵害，导致生长缓慢甚至死亡。据悉，RNA干扰是一种新发现的基因调控机制，已被广泛用于研究基因功能，在人类疾病治疗方面也很有前景。
据了解，棉铃虫每年对我国造成经济损失就达数十亿元，这一新的植物抗虫技术不仅为昆虫的功能基因组研究提供了便捷的方法，也为农业害虫的防治提供了特异性更强且环境安全的新思路、新技术。相关论文已于11月4日在国际著名杂志《Nature Biotechnology（自然生物技术）》在线发表。
中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所最近在植物抗虫与生物技术领域的研究工作取得突破性进展。该所研究员、中国科学院院士陈晓亚和他的博士研究生毛颖波发明了一种植物介导的RNA干扰技术，可以有效、特异地抑制昆虫基因的表达，从而抑制害虫的生长。
相关论文于11月4日在国际著名杂志《自然·生物技术》在线发表，它被《自然》杂志列为本期突出亮点论文之一。《自然》杂志评价该论文是“第一次成功报道利用植物自生表达昆虫基因的双链RNA来抑制植食性昆虫防御基因的论文”，“通过该技术改良的植物比利用杀虫剂不分青红皂白地将所有昆虫杀死更符合社会发展的需要。”
RNA干扰是一种新发现的基因调控机制，已被广泛用于研究基因功能。植生所的研究人员利用植物表达与昆虫特定基因匹配的双链RNA分子，当昆虫取食这类植物后，其靶基因的表达被明显降低。该研究组以棉花和棉铃虫为研究对象。因为棉花中有一种主要毒素叫棉酚，它对大多数生物体有毒性。但棉铃虫对它有抗性，它以棉花为食物，为自己提供养料。
研究组首先分离了棉铃虫参与棉酚解毒的基因―P450，用双链RNA的转基因植物喂食后，棉铃虫P450基因的表达显著降低，对棉酚的耐受性大大减弱。再用含有棉酚的棉花叶子喂食，这些棉铃虫生长缓慢，甚至死亡。
这一技术不仅为昆虫的功能基因组研究提供了便捷的方法，也为农业害虫的防治提供了特异性更强且环境更安全的新思路。
原始出处:
Nature Biotechnology
Published online: 4 November 2007 | doi:10.1038/nbt1352
Silencing a cotton bollworm P450 monooxygenase gene by plant-mediated RNAi impairs larval tolerance of gossypol
Ying-Bo Mao1,2, Wen-Juan Cai1,2, Jia-Wei Wang1,2, Gao-Jie Hong1,2, Xiao-Yuan Tao1,2, Ling-Jian Wang1, Yong-Ping Huang1 & Xiao-Ya Chen1
We identify a cytochrome P450 gene (CYP6AE14) from cotton bollworm (Helicoverpa armigera), which permits this herbivore to tolerate otherwise inhibitory concentrations of the cotton metabolite, gossypol. CYP6AE14 is highly expressed in the midgut and its expression correlates with larval growth when gossypol is included in the diet. When larvae are fed plant material expressing double-stranded RNA (dsRNA) specific to CYP6AE14, levels of this transcript in the midgut decrease and larval growth is retarded. Both effects are more dramatic in the presence of gossypol. As a glutathione-S-transferase gene (GST1) is silenced in GST1 dsRNA–expressing plants, feeding insects plant material expressing dsRNA may be a general strategy to trigger RNA interference and could find applications in entomological research and field control of insect pests.
Correspondence to: Xiao-Ya Chen1 e-mail: xychen@sibs.ac.cn
相关报道:
