2022年11月3日,湖北大學生命科學學院、省部共建生物催化與酶工程國家重點實驗室張江教授團隊在著名植物科學期刊《New Phytologist》(IF=10.3)上發(fā)表最新研究成果″Transplastomic tomatoes expressing double-stranded RNA against a conserved gene are efficiently protected from multiple spider mites″。該研究首次應(yīng)用質(zhì)體轉(zhuǎn)基因技術(shù)表達靶標螨類害蟲保守基因的dsRNA,實現(xiàn)多種螨類害蟲的有效防控。

圖1 文章首頁

作者首先通過分析植物葉綠體與其口針直徑大小,認為紅蜘蛛在取食過程中可以攝取完整的葉綠體,并通過RT-PCR驗證了伊氏葉螨(Tetranychus evansi)、截型葉螨(T. truncatus)和朱砂葉螨(T. cinnabarinus)在取食番茄過程中能質(zhì)體的核酸組分。隨后選取了保守的肌動蛋白(β-Actin)基因作為靶標基因,驗證了三種葉螨體內(nèi)靶標基因的相似度,并通過生物信息學分析統(tǒng)計了靶標片段在三種葉螨體內(nèi)產(chǎn)生的完全匹配和匹配度≥95%的siRNA個數(shù),證明選取的基因片段可以靶標多種螨類害蟲的β-Actin基因,誘導產(chǎn)生有效的RNAi反應(yīng)。隨后分別通過質(zhì)體轉(zhuǎn)化與核轉(zhuǎn)化得到了兩類轉(zhuǎn)基因番茄植株,經(jīng)過抗蟲測試證明了獲得的質(zhì)體轉(zhuǎn)化番茄可以顯著降低伊氏葉螨、截型葉螨和朱砂葉螨這三種葉螨的存活率和靶標基因的表達水平。除此之外,作者還對比了伊氏葉螨在質(zhì)體轉(zhuǎn)基因番茄植株和核轉(zhuǎn)基因番茄植株上的存活率差異,靶標基因表達差異以及植物表型差異,確認了質(zhì)體轉(zhuǎn)化番茄比核轉(zhuǎn)化番茄具有更強的抗害螨效果。

綜上所述,該研究首次證實了質(zhì)體介導RNAi技術(shù)在防控非昆蟲類害蟲中的應(yīng)用潛力,并發(fā)現(xiàn)了合理選擇保守靶標基因和序列,可以實現(xiàn)對多種同類害蟲的高效防控。

圖2 葉螨取食質(zhì)體轉(zhuǎn)化和核轉(zhuǎn)化植物的模式圖