2022年11月3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著名植物科学期刊《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dsRNA,实现多种螨类害虫的有效防控。

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作者首先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(β-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siRNA个数,证明选取的基因片段可以靶标多种螨类害虫的β-Actin基因,诱导产生有效的RNAi反应。随后分别通过质体转化与核转化得到了两类转基因番茄植株,经过抗虫测试证明了获得的质体转化番茄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,确认了质体转化番茄比核转化番茄具有更强的抗害螨效果。

综上所述,该研究首次证实了质体介导RNAi技术在防控非昆虫类害虫中的应用潜力,并发现了合理选择保守靶标基因和序列,可以实现对多种同类害虫的高效防控。

图2 叶螨取食质体转化和核转化植物的模式图