RNA杀菌剂:针对真菌病害的′′靶向药′′,′′鱼与熊掌′′可兼得

传统农业杀菌剂是把双刃剑, 在提升农业经济效益的同时, 也会带来潜在的环境污染和健康风险. 如何改变这一现状既能保障粮食安全, 又能实现环境友好的RNA杀菌剂应运而生, 成为第三次农药革命的核心产品.
近日, 上海交通大学农业与生物学院首席研究员唐雪明团队在国际期刊<现代农业化学>在线发表了题为<植物病原菌中喷雾诱导的基因沉默:机制, 应用和进展>的综述文章, 系统介绍了外源喷雾诱导基因沉默用于植物病原菌防治的研究, 对RNA杀菌剂的作用机制, 创制方式和应用前景进行了全面梳理, 并对其实际应用提出了建设性解决方案.
针对真菌病害的′′靶向药′′
植物病原菌是造成植物病害的主要原因之一. 这类微生物专门寄生于植物体内, 破坏植物的生长发育, 导致经济作物减产甚至死亡.
目前, 农业生产中植物病原菌的防治主要依靠化学杀菌剂, 但因其使用时间长, 范围广等, 导致药物残留, 抗药性等负面问题频发. RNA杀菌剂具有高度的特异性和环境友好性, 有望为防控植物病原菌提供绿色解决方案.
RNA杀菌剂是一种利用RNA干扰技术来抑制或杀死特定病原菌的新型杀菌剂. RNA干扰是一种真核生物体内自然存在的基因沉默机制. 该机制通过双链RNA分子特异性结合同源mRNA, 导致mRNA被核酸酶降解, 从而抑制特定基因的表达.
′′采用RNA干扰的方式进行病原菌防治, 是针对真菌病害的‘靶向药’, 也是解除作物农药抗药性的‘特效药’. ′′唐雪明解释, 在RNA杀菌剂中, 设计合成的特定双链RNA分子能够与病原菌的mRNA序列互补配对并触发其降解, 导致病原菌无法产生某些关键蛋白, 进而抑制其生长或导致其死亡. 这也是施用RNA杀菌剂不易产生抗性的根本原因.
生物安全性, 环境友好性是RNA杀菌剂的突出优势. ′′双链RNA分子的设计, 仅作用于特定病原菌, 对人体及其他非靶标生物无毒害. 其生产过程清洁化, 而且在土壤和水流中72小时内即可降解. ′′唐雪明补充说.
此外, RNA杀菌剂在农田应用后, 很容易被降解成植物肥料. 这些植物肥料会被作物再次吸收利用, 对农作物和环境都极为友好, 可谓′′化作春泥更护花′′.
创新成果应用潜力巨大
目前, 国内外RNA杀菌剂的防治对象主要有引起枯萎病的镰刀菌, 引起灰霉病的葡萄孢菌, 引起茎腐病的菌核病菌等.
以烟草花叶病毒为例, 它会导致植株畸形病变, 矮化, 甚至死亡, 而且防治较为困难, 烟草及其他茄科植物都深受其害.
2021年, 唐雪明创立的硅羿科技(上海)有限公司(以下简称′′硅羿科技′′)研发出了烟草花叶病毒RNA核酸干扰素, 成为我国第一个进入登记测试阶段的RNA杀菌剂. 目前, 该RNA杀菌剂田间测试展现出良好的防治效果, 能够有效应用于已被病毒侵染的植株, 减少生产过程中因烟草花叶病毒感染造成的巨大经济损失.
′′一般而言, 开发一种新的化学杀菌剂需要合成十几万个化合物, 耗资巨大且历时良久, 但病原菌仅2年左右即可对其产生抗性. 相比之下, 我们团队研发的RNA杀菌剂根据特定基因定制开发, 无需对基因进行海量匹配与筛选, 历时较短且研发成本更低, 植物也不易产生抗性. ′′唐雪明团队成员, 上海交通大学农业与生物学院副研究员黄艳娜介绍.
除了烟草花叶病毒RNA核酸干扰素外, 国内外还研发了诸多种类的RNA杀菌剂. 如美国绿光公司研发的防治葡萄灰霉病的RNA杀菌剂和硅羿科技研发的防治核盘菌的RNA杀菌剂, 目前正处在田间小试阶段;中国农业大学研发的防治辣椒疫霉的RNA杀菌剂, 在室内生测试验中的效果非常显著.
这些创新成果未来在精准农业, 绿色防控, 节能减排中将发挥巨大作用.
运用新技术应对研发挑战
随着研究的深入和生产成本的降低, RNA杀菌剂有望在农业, 园艺以及公共卫生领域得到广泛应用, 为病害防治提供新的解决方案, 并为全球粮食安全和环境保护作出贡献.
′′虽然RNA杀菌剂的应用前景十分广阔, 但国内外基于RNA杀菌剂的研发多处于室内生测试验阶段, 仍面临不少挑战. ′′唐雪明对此提出了一些建设性的解决方案:如在产品研发过程中, 应用生物信息技术和人工智能算法等, 可加速产品研发进程;利用合成生物学技术可降低RNA杀菌剂产品的研发和生产成本;创制高效能的递送载体可以帮助RNA杀菌剂更快更好地抑制病原菌繁殖, 或进入病原菌体内发挥作用.
当前, RNA杀菌剂的研发和推广正在国家主管部门的指导下有序进行. 唐雪明认为, RNA杀菌剂要想进一步推广应用, 还需对产品性质, 理化性质等方面的评审框架及原则进行更加科学的界定和规范.
论文链接:
https://doi. org/10. 1016/j. aac. 2024. 06. 001