RNA-interferens (förkortat RNAi) hänvisar till nedbrytningen av mRNA orsakad av endogent eller exogent dubbelsträngat RNA, vilket resulterar i specifik obstruktion av målgenexpression, och finns vanligtvis i organismer. Det rapporteras att på 1990-talet upptäckte vetenskapliga forskare gradvis fenomenet RNAi-gentystnad, och det har nu använts i stor utsträckning inom området för entomologisk forskning. Eftersom RNAi-inducerad gentystnad har fördelarna med hög effektivitet, specificitet och enkelhet, har denna teknik även använts i utvecklingen av nya bekämpningsmedel de senaste åren.
Hur RNAi kontrollerar skadedjur
RNAi stör transkriptions- och translationsprocesserna av gener relaterade till tillväxt och utveckling av skadedjur, förhindrar proteinsyntes, vilket leder till minskad miljöanpassning eller död hos skadedjur. Denna typ av kontrollmetod internaliserar huvudsakligen målgenens dubbelsträngade RNA genom utfodring av skadedjur. Efter att insekter fått i sig ett dubbelsträngat RNA som är mycket specifikt för målgenen, absorberas det dubbelsträngade RNA:t i mellantarmen. Om målgenen som ska tystas inte är lokaliserad i mellantarmen, kan tystnadssignalen överföras genom celler eller vävnader och nå platsen för den interfererade målgenen för RNAi.
De målgener som valts ut för skadedjursbekämpning med hjälp av RNAi-teknologi är grovt indelade i fem typer: dödliga gener för skadedjur, gener relaterade till skadedjursresistens och immunitet (minska skadedjursresistens mot kemiska bekämpningsmedel), gener relaterade till skadedjurstillväxt och utveckling, gener relaterade till skadedjursägg läggning och gener relaterade till lukt (som stör grödors igenkänning av skadedjur).
För närvarande är det mest populära sättet att introducera dubbelsträngat RNA i insekter genom utfodring. Denna metod är enkel att använda och lätt att implementera. För närvarande har denna metod framgångsrikt använts för att bekämpa olika skadedjur såsom bruna planthoppare, termiter, triatominbuggar och majsrotbaggar. Matningsmetoden kräver ingen speciell utrustning, och det är också bekvämare att använda denna metod för att bedriva forskning om RNAi. Denna metod är dock långsamverkande och kan inte användas av insekter i ägg- och puppstadiet eftersom de inte kan äta.
Fördelar med RNAi vid skadedjursbekämpning
(1) På grund av den höga specificiteten hos dubbelsträngat RNA kommer sådana produkter inte att påverka icke-målorganismer.
(2) RNA-biopesticider är ämnen som finns naturligt i miljön eller organismer, så deras potentiella skada på icke-målorganismer är lägre än kemiska bekämpningsmedel. Sådana ämnen kan också brytas ned genom naturliga vägar.
(3) Sådana produkter kan utvecklas för alla typer av skadedjur. Genom att jämföra Bt-teknik som ett exempel, fann forskare att Bt-insektsresistenta transgena grödor har mycket begränsad effekt på att kontrollera sugande insekter eftersom Bt-toxiner ännu inte har haft någon effekt på sådana skadedjur. Detta problem löstes med hjälp av växtförmedlat RNAi.
Utmaningar och tekniska genombrott i tillämpningen av RNAi
Den kommersiella potentialen för att använda RNAi-teknik för att kontrollera skadedjur beror huvudsakligen på effektiviteten av att leverera dubbelsträngat RNA till målskadegöraren, om det dubbelsträngade RNA:t kan existera stabilt i insektskroppen och koncentrationen av insekticidbetet. Dessa faktorer påverkar alla kostnaden för att använda dubbelsträngade RNA-produkter.
För många företag är det en stor svårighet att lösa problemet med att RNA lätt bryts ned. Även om sprayning som innehåller dubbelsträngat RNA som matchar en specifik gensekvens kan stänga av specifika gener från vissa skadedjur och uppnå skadedjursbekämpningseffekter, bryts RNA:t i sprayen lätt ned och effekten är inte långvarig och måste användas ofta, så bönder spenderar mycket pengar.
Sedan upptäckten av RNAi-fenomenet har forskare gjort enorma framsteg för att främja tillämpningen av denna teknik. Enligt rapporter har ett forskarlag från University of Queensland i Australien utvecklat teknik som kan förlänga skyddstiden för sprayer. Teamet kombinerade RNA med nanopartiklar av lera, som är billiga att producera. De fuktiga nanopartiklarna av lera reagerar med koldioxid i luften och bryts gradvis ned, och släpper långsamt ut RNA för att förlänga dess effektivitet. Den här tekniken gör tobaksplantor resistenta mot pepparvirus i upp till 20 dagar, vilket sätter ett aldrig tidigare skådat rekord. Samtidigt sa David Baulcombe, som länge har ägnat sig åt gentystnadsteknologi vid University of Cambridge i Storbritannien, att kombinationen av RNA och lernanopartiklar inte medför några säkerhetsrisker.
Under de senaste åren har företag med spjutspetsteknologi vuxit fram i denna framväxande industri. De har fortsatt att fördjupa forskning och utveckling genom finansiering och samarbete. Ny teknik övervinner ständigt utmaningarna i tillämpningen av RNAi. Inklusive utvecklingen av teknologier för att minska produktproduktionskostnaderna etc., är dessa gynnsamma för tillämpningen av sådana produkter i biologiska kontrollsystem. Låt oss lära oss om de nya teknologierna och produkterna från ledande företag i branschen genom de heta trenderna i branschen de senaste åren.
RNAi-utsikter
2019 lämnade Bayer in en ny produkt, BioDirect, till US Environmental Protection Agency för registrering med dubbelsträngat RNA för bekämpning av varroakvalster – skadedjuret som utgör det största hotet mot världens biodlingsindustri. Detta är den första inlämningen till US Environmental Protection Agency för en aktiv ingrediens för RNA-biopesticider för exogena tillämpningar i industrin.
Aktuell forskning visar att det är möjligt att applicera RNAi-produkter genom lövsprutning, staminjektion och bevattning. Andra appliceringsmetoder, såsom fröbeläggning, kräver ytterligare forskning.
I framtiden kommer kontinuerliga förbättringar av RNA-beredningsteknologin också att förbättra effektiviteten och fältstabiliteten hos RNAi, som kan ersätta kemiska bekämpningsmedel eller användas i kombination med kemiska bekämpningsmedel för att minska jordbrukets beroende av skadliga syntetiska bekämpningsmedel.
Med framsteg inom vetenskaplig forskning upptäcks gensekvenserna för skadliga organismer ständigt, människor har mer och mer förståelse för mekanismen för RNAi, och kostnaden och effektiviteten för RNAi-produktion har förbättrats ytterligare. Sådana nya biobekämpningsmedel med hög specificitet och miljövänlighet kommer att spela en allt viktigare roll inom området för skadedjursbekämpning.
Qiu Dewen, biträdande chef för Institute of Plant Protection of the Academy of Agricultural Sciences, sa en gång att den framtida utvecklingstrenden för biobekämpningsmedel kommer att inkludera heta forsknings- och utvecklingsfält som RNA-interferensteknologi, teknik för markhälsoåterställning och teknik för induktion av växtimmunitet.
