Nature Biotechnology：RNAi 可精确控制害虫
科学家最近发现了一种阻止害虫破坏庄稼的新方法。通过基因工程，他们让农作物表达出可以杀死病虫的RNA分子。这一探索将为研究病虫害的精确控制铺平道路。
RNA“杀伤力”与生俱来
众所周知，一些主要的经济作物，如大豆和玉米，都可以通过基因工程———一般是让它们表达出源自细菌的杀虫剂———来杀死害虫。
但是这些非专一的毒素也会产生人们不愿看到的生态后果，比如，它会杀死那些像君王蝶这样无害的昆虫，它也会加速能抗杀虫剂的害虫出现，所以研究人员开始将努力的重点放在探索那些更精准的控制方法上。
RNA就是一个很有希望的选择。RNA是典型的单链分子，但是如果形成双链，它将摧毁配对的单链RNA分子序列，从而有效地关闭要编码的关键基因。植物和动物通常用这种方法依靠RNA来瞄准入侵的病毒。科学家已经通过引入RNA，干扰昆虫的关键生长基因，使这些基因停止运行，从而杀死昆虫，这种方法称为“RNA干扰”。但它需要将RNA直接注入到昆虫体内，因此，要想在农业规模上来控制虫害，就需要一种更有效的传递机制。
棉铃虫已是穷途末路
为解决棉铃虫给棉花生产造成的巨大危害这一世界性难题,从20世纪80年代开始，各国对转基因抗虫棉开展了大量研究工作。虽然目前的转基因抗虫棉可以有效减轻棉铃虫的危害，但是存在抗虫持久性、特异性等问题。尤其是近年来陆续发现棉铃虫对这些抗虫棉逐渐产生抗性，转基因棉花的抗虫性在不断下降，棉铃虫的危害又出现逐步加重的趋势。因此，开发新的转基因抗虫植物成为研究的热点。
中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员、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。他们以棉花和棉铃虫为研究对象，首先分离了棉铃虫参与棉毒素解毒的P450基因。用表达相应双链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。再用含有棉酚的饲料或棉花叶片喂食，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安全的新思路。他们的论文在线发表在11月4日的《自然———生物技术》杂志上。
玉米根今后不再苦恼
在同期月刊上，美国孟山都公司和比利时Devgen公司也发表了他们对RNA干扰的研究成果，他们研究的对象是玉米和玉米根虫。
RNA干扰可以用来对付一系列不同的甲虫，其中一种就是西方的玉米根虫，在美国，这种害虫每年都会导致玉米大量减产，因而被称为“亿元虫”。研究者对玉米进行了基因改造，使其表达出以玉米根虫的一种关键酶为靶子的小RNA，结果表明，经过基因改良的玉米根部遭受的破坏要比未改良的少50％。
孟山都公司的首席技术官詹姆斯·罗伯茨示，RNA干扰是一种非常具有前途的控制害虫的新方法，它可以让人们能够更好地防治那些以农作物为食以及影响农作物产量的害虫，这称得上是农作物病虫害防治领域的突破。他解释说，小RNA瞄准的是一些特定的基因，它们可以被裁剪成特定的片断。研究人员做了一个对比试验，分别用干扰科罗拉多马铃薯瓢虫的RNA和与玉米根虫的基因序列相匹配的RNA来喂食玉米根虫，结果发现，在前种情况下，根虫需要多消化至少10倍的RNA才能死去。
当然，一些技术问题还有待克服。加拿大曼尼托巴大学的分子生物学家斯蒂文·怀亚德认为，挑战之一就是如何让植物表达出足够量RNA。德国马克斯－普兰克化学生态学研究所的基因学家戴维·赫克尔则指出，在要对大范围的多种害虫进行控制时，这种方法的特异性也许会成为它的缺点。但他们都相信，一旦解决了这些难题，崭新一代杀虫剂的黎明将会到来。（科技日报）
原始出处:
Nature Biotechnology 25, 1307 - 1313 (2007)
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
Abstract
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.
- National Key Laboratory of Plant Molecular Genetics, Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, 300 Fenglin Road, Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai 200032, P.R. China.
- Graduate School of Chinese Academy of Sciences, 300 Fenglin Road, Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai 200032, P.R. China.
Correspondence to: Xiao-Ya Chen1 e-mail: xychen@sibs.ac.cn
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