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张江团队利用质体介导RNAi实现对叶螨有效防控

作者:生命科学学院   编辑:鲜文涛    来源:生命科学学院  发布时间:2022/11/07

近日,澳门新皇冠app首页生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室张江教授团队在著名植物科学期刊《NewPhytologist》(IF=10.323)上发表最新研究成果“Transplastomic tomatoes expressing double-stranded RNA against a conserved gene are efficiently protected from multiple spider mites”(质体转化番茄表达一个针对保守基因的双链RNA实现对多种叶螨的有效防控)。该研究首次应用质体转基因技术表达靶标螨类害虫保守基因的dsRNA,实现多种螨类害虫的有效防控。

叶螨又称蛛螨或者红蜘蛛,属于蛛形纲蜱螨亚纲叶螨科的植食螨类,是世界范围内非常重要的植食性叶螨,其宿主种类包括150多种种属的1100种不同的植物物种。由于世代时间较短且生产力极强,叶螨很容易建立种群并扩大,对农业生产造成严重损害。叶螨具有特殊的刺吸式口器,吸取植物的汁液直至植物叶片萎蔫呈灰白色,严重影响植物的生长发育,严重时叶片果实都会干枯脱落。同时,叶螨在生长过程中,会不断吐丝结网,影响植物的光合作用。另外,由于其宿主种类非常多,当叶螨发生时,会迅速扩展到其他作物,导致严重的经济损失。因此,找到绿色高效的螨类害虫防治策略是亟待解决的问题。

张江教授团队首先通过分析了植物叶绿体与其口针直径大小,认为叶螨在取食过程中可以摄取完整的叶绿体,并通过RT-PCR验证了伊氏叶螨(Tetranychus evansi)、截型叶螨(T. truncatus)和朱砂叶螨(T. cinnabarinus)在取食番茄过程中能获取质体的核酸组分。随后,选取了保守的肌动蛋白(β-Actin)基因作为靶标基因,验证了三种叶螨体内靶标基因的相似度,并通过生物信息学分析统计了靶标片段在三种叶螨体内产生的完全匹配和匹配度≥95%的siRNA个数,证明选取的基因片段可以靶标多种螨类害虫的β-Actin基因,诱导产生有效的RNAi反应。接着,分别通过质体转化与核转化得到了两类转基因番茄植株,经过抗虫测试证明了质体转化番茄可以显著降低伊氏叶螨、截型叶螨和朱砂叶螨这三种叶螨的存活率和靶标基因的表达水平。除此之外,团队还对比了伊氏叶螨在质体转化番茄植株和核转化番茄植株上的存活率差异、靶标基因表达差异以及植物表型差异,确认了质体转化番茄比核转化番茄具有更强的抗害螨效果(图1)。综上所述,该研究首次证实了质体介导RNAi技术在防控非昆虫类害虫中的应用潜力,并发现了合理选择保守靶标基因和序列,可以实现对多种同类害虫的高效防控。

图1 叶螨取食质体转化和核转化植物的模式图

生命科学学院博士研究生吴梦婷和硕士研究生张琪为共同第一作者,张江教授为通讯作者,澳门新皇冠app首页为第一单位。德国马普分子植物生理所Ralph Bock教授和Stephanie Ruf博士在番茄质体转化上提供了帮助。西南大学植物保护学院何林教授在叶螨的抗性测试上提供了指导。课题获得了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金创新群体等项目的支持。据悉,张江教授团队长期从事质体工程与植物保护前沿生物技术的基础理论和应用研究,近5年来以澳门新皇冠app首页为第一单位在Mol Plant、PNAS、Microbiome、New Phytol、Plant Biotechnol J、PlantCell Environ、J Exp Bot和Pest Manag Sci等期刊发表论文30余篇;

原文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18595

(审稿:谢玉平)


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