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近日，民進會員、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的最新研究成果“Efficient control of western flower thrips by plastid-mediated RNA interference”在權威綜合性學術期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》（PNAS）發(fā)表。該研究首次報道了通過質體介導RNAi高效防控西花薊馬的新策略。湖北大學生命科學學院博士研究生吳夢婷為該論文第一作者，張江教授和Ralph Bock教授為該論文共同通訊作者，湖北大學為第一單位。
在作物生長過程中，由于害蟲而導致的糧食減產和品質降低是不容忽視的問題，西花薊馬（Frankliniella occidentalis，薊馬科，纓翅目）是一種全球性的重大經濟害蟲。由于其體積小，食性雜且成蟲會遷飛，它們很容易被攜帶而擴散傳播，現已廣泛分布于世界各地。再者，西花薊馬成蟲的生育率高繁殖快，世代周期短，且傳播多種植物病毒，對農業(yè)作物和景觀植物造成了巨大的危害。RNAi介導的抗蟲策略是一種依賴于序列特異性的害蟲防治策略，可以有效阻礙害蟲正常的生長發(fā)育，進而達到防控的目的。前期的工作證明由于質體中不存在RNAi機制，通過質體轉基因技術在質體中表達的雙鏈RNA（dsRNA）可以大量積累，可以有效防治咀嚼式口器害蟲如馬鈴薯甲蟲等。而質體介導RNAi技術能否用于防治其他非咀嚼式口器害蟲還不清楚。
作者首先探索了利用質體工程技術來防治西花薊馬的可行性，證明了西花薊馬在取食宿主植物的過程中可以攝取到質體內容物。通過質體和細胞核分別表達針對西花薊馬4個關鍵基因（肌動蛋白β-actin、微管蛋白的Tubulin、液泡ATP合成酶B亞基V-ATPase-B和內體分選復合物重要亞基Snf7）的dsRNA。相比于細胞核轉化植物，西花薊馬在取食質體轉化植物時，可以攝取到更多的dsRNA。通過生物測定發(fā)現，質體轉化植物導致了西花薊馬更高的致死率；西花薊馬取食質體轉化葉片的取食量更低；抑制靶標基因表達的程度更低；質體轉化煙草的生長狀態(tài)更好。表明了質體介導RNAi策略相比傳統(tǒng)細胞核轉化策略能更好的防控西花薊馬（圖1）。
圖1. 質體轉基因策略相比核轉基因策略對西花薊馬有更好的防控效果
進一步，該研究還比較了質體表達不同構象dsRNA的差異，發(fā)現表達發(fā)卡RNA（hpRNA）的質體轉基因植物中可能會發(fā)生非交互性重組和微同源介導的DNA刪除，而表達dsRNA的質體基因組則更穩(wěn)定。因此，該研究首次證明了質體介導RNAi在防控一些非咀嚼式口器害蟲中的應用潛力，并發(fā)現了其抗蟲效率與靶標害蟲的取食方式有關（圖2）。
圖2. 西花薊馬取食質體轉基因和核轉基因植物的示意圖
據悉，張江教授團隊一直從事質體工程與植物保護前沿生物技術的基礎理論和應用研究，近年來在Science、PNAS、Microbiome、Trends in Biotechnology、Plant Biotechnology Journal、Plant Cell & Environment、Journal of Experimental Botany和Pest Management Science等期刊發(fā)表論文30余篇。該課題獲得了國家自然科學基金、湖北省自然科學基金創(chuàng)新群體、德國馬普學會和留學基金委等項目的支持。
