桃蚜和烟粉虱均为小型刺吸式害虫,两者的寄主范围十分广泛且互有重叠。在自然条件下,许多重要的粮食和经济作物常遭受它们的共同为害,如马铃薯、茄子、烟草等。细胞核基因组表达的dsRNA绝大多数都会植物体内的Dicer酶切割成小干扰RNA(small interference RNA,siRNA)。进入到昆虫体内后,siRNA分子的其中一条单链以核苷酸互补配对的方式结合昆虫靶标基因,随后在Ago等蛋白的协助下沉默靶标基因的表达。研究人员对桃蚜和烟粉虱β-actin基因其中一段区域段进行了序列比对,发现两者的序列相似度仅为84.73%,桃蚜或烟粉虱该区域所对应的dsRNA仅能切割形成最大可能的4个完全匹配siRNA用以靶标另外一种害虫的基因,和前期的研究结论一致,针对一种害虫的dsRNA只特异性的对本身具有抗性,而对另外一种害虫没有抗性。为实现同时RNAi抗2种害虫,研究人员对该区域进行了序列重头设计,采取了一种错配核苷酸间隔纠错的方法,获得了一段中间序列。中间序列与桃蚜和烟粉虱同源区域的一致性分别提高到了92.63%和92.11%。与此同时,中间序列所对应的dsRNA在防治桃蚜和烟粉虱时,最大可能的完全匹配siRNA提高到了27个和23个。转基因RNAi植物的抗虫生物测定实验表明:表达中间序列dsRNA的转基因RNAi植物同时对桃蚜和烟粉虱产生了显著抗性,有效地诱导了靶标基因β-actin的沉默,其抗虫的水平和表达原始序列dsRNA的抗虫植物相当,从而实现了“一箭双雕”,同时抵抗桃蚜和烟粉虱这2种害虫。而表达原始dsRNA的RNAi植物则分别只对两种害虫其中的一种具有抗性,但是对另外一种则没有抗性。该结果首次采用了错配核苷酸间隔纠错的dsRNA设计理念,可以有效地拓展植物介导RNAi技术的杀虫谱,进一步推进了RNAi技术用于害虫防治的应用领域。
图2. 通过错配核苷酸间隔纠错产生的人工设计中间dsRNA在植物表达的可以同时有效防控蚜虫和烟粉虱
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14321
文章来源:植物生物技术Pbj