新技术生物防治：前沿研究基于RNA的生物防治 一种作物保护新模式
新技术生物防治：前沿研究基于RNA的生物防治 一种作物保护新模式图6 未受保护（a）和受保护（b）的dsRNA靶向防治CRW的生物测定。每株植物都有CRW幼虫，并在相同条件下培育。通过多种施用率测试，结果表明：dsRNA在检测期间全程保护植物。配方的dsRNA对降解具有保护作用，因而防治作用更强先正达公司还在努力将CPB研究计划的成果扩展到其他害虫，虽然针对CRW的转基因应用正在积极进行（目前有一种产品上市），但在某些市场和地区（如欧洲），可喷洒的应用方法可能会更有利。基于RNA的土壤害虫生物防治面临着严峻的土壤环境挑战。如果要与目前市场上销售的化学药品的功效相当，RNA防治剂必须在原地维持数周的生物有效性。但是，土壤中的生物环境含有大量的微生物和核酸酶，可导致未受保护的 dsRNA迅速降解。先正达公司利用其在AI制剂中的经验来提高dsRNA生物防治在恶劣环境中的稳定性，从而显著改善了AI在土壤中的稳定性，如图6所示。用田间试验中使用的对CPB有效的d
图3 基于RNA的生物防治在作物保护中的应用
（一）对于CPB的防治
CPB (Leptinotarsa decemlineata)是一种受到广泛关注的害虫。这种以马铃薯为食的贪婪害虫是通过基于 RNA的生物防治进行控制的理想物种，因为它对RNAi 效应具有高度敏感性和有效性。CPB幼虫和成虫栖息于植物表面，并损害这些植物，好在叶面易于处理，且容易被食用。通过实验室水平的检测（包括体外和植物体上）得到害虫死亡率和植物保护情况，结果表明，上述特点使生物防控非常有效。先正达公司内部对此实验做了进一步的研究，并已成功地将这种实验室水平的害虫防治转化为田间防疫，如图4所示。
图4 2015年，通过局部应用dsRNA来防治CPB的田间试验。马铃薯田遭受CPB的严重侵害。与化学控制标准相当的商业化合理应用以保护植物。（a）基于RNA的生物防治处理试验田；（b）附近未经处理的对照试验田
用田间试验中使用的对CPB有效的dsRNA进行 NTO筛选，结果显示了极好的安全性和靶标选择性（图 5）。可以从以下网站访问对CPB有效的dsRNA方法的数据集：http://opendata.syngenta.agroknow.com/rna。
图5 在CPB上测试的CPB dsRNA对其他昆虫物种和益虫的选择性示例。*：文献中显示的对dsRNA介导的RNA干扰有反应的物种
（二）对于CRW的防治
先正达公司还在努力将CPB研究计划的成果扩展到其他害虫，虽然针对CRW的转基因应用正在积极进行（目前有一种产品上市），但在某些市场和地区（如欧洲），可喷洒的应用方法可能会更有利。基于RNA的土壤害虫生物防治面临着严峻的土壤环境挑战。如果要与目前市场上销售的化学药品的功效相当，RNA防治剂必须在原地维持数周的生物有效性。但是，土壤中的生物环境含有大量的微生物和核酸酶，可导致未受保护的 dsRNA迅速降解。先正达公司利用其在AI制剂中的经验来提高dsRNA生物防治在恶劣环境中的稳定性，从而显著改善了AI在土壤中的稳定性，如图6所示。
图6 未受保护（a）和受保护（b）的dsRNA靶向防治CRW的生物测定。每株植物都有CRW幼虫，并在相同条件下培育。通过多种施用率测试，结果表明：dsRNA在检测期间全程保护植物。配方的dsRNA对降解具有保护作用，因而防治作用更强
（三）对于SSB的防治
另一个研究项目的防治目标是大豆臭虫，已证实大豆害虫对dsRNA生物防治具有先天的易感性，然而在生物学和进食行为方面，也明确了需要克服的特定挑战。为了确保大豆害虫可以经口摄入防治药品，dsRNA必须在害虫产生的大量的唾液核酸酶中存活，且刺吸式口器害虫（如臭虫）与咀嚼式口器害虫（如CPB）相比，本身取食的含喷洒药物的叶片较少，综合以上事实考虑，在这些条件下引发RNAi效应是一个巨大的挑战。这是先正达公司应用配方专业知识以提高基于RNA的生物防治的稳定性和可用性的另一领域。我们尝试用特定dsRNA处理大豆植物，以保护其免受臭虫之类的害虫的侵袭，如图7所示。
图7 大豆植株经靶向臭虫类害虫的特异性dsRNA生物防治（a）和阴性对照dsRNA序列（b）处理。用成虫和各个生长阶段的幼虫感染植株，并在相同条件下培育，进行生物防治后的植物明显生长得更好
六、总结与展望
最近的研究表明，基于RNA的生物防治正在成为现有作物保护库中极有价值的新兴方式。它们具有独特的作用方式，可以通过基因改造和生物防治两种方法实施，且有望在IPM系统中发挥重要作用，这一点已通过解除管制和销售首个基于RNA的玉米PIP商品得到了明确的证明。随着监管机构和社会施加越来越大的压力，以反对现有的广谱化学防治，这种发展对于农户来说，是一个巧合的机遇。人们期望未来的杀虫剂具有选择性和可持续性，而基于RNA的AI满足了这种要求，由于它们利用了自然过程来发挥控制作用，并且具有极高的选择性，从而降低了NTO的风险。在实现基于RNA的产品的推广及其广泛使用和应用的道路上，仍然存在许多挑战，包括与传统化学药品防控相比，基于RNA的产品控制速度相对较慢，以及在不同虫害群体中响应水平的变化等。尽管近年来取得了长足进步，但具有成本效益的大规模生产仍是一个挑战，具有成本效益的大规模生产仍然是一个难题。然而，可以预期的是，基于RNA的AI将成为有极高价值的新工具，以补充当前的农作物保护解决方案库。
注：本文内容呈现略有调整，若需可查看原文。
改编原文：
Matthew Bramlett Geert Plaetinck Peter Maienfisch.RNA-Based Biocontrols—A New Paradigm in Crop Protection[J].Engineering 2020 6(5):522-527.
