树体病害防控岗位
1 RNA杀菌剂
RNA杀菌剂是基于RNA干扰(RNA interference, RNAi)原理开发的新型生物农药,具有靶标专一性强、开发周期短、绿色无污染、无残留等诸多优点,被誉为“农药发展史上的第3次革命”1。2024年,Science杂志公布了2024年度10大科学突破评选结果,“RNA生物农药应用于田间”成功入选。RNA杀菌剂作为一种广阔的技术,近年来取得了重大突破。《“十四五”全国农药产业发展规划》中指出优先发展RNA及小肽类生物农药,为RNA农药的发展提供了政策保障2。但是RNA杀菌剂目前还处于室内研究阶段,尚缺少上市的RNA杀菌剂产品和田间大面积应用防治作物病害的报道,迫切需要加大对RNA生物农药的研发力度,突破技术壁垒,加快商品化进程。
2 dsRNA合成技术
目前用于dsRNA合成的方法主要有三种,分别为化学合成法,RNA聚合酶体外合成法和微生物发酵扩繁dsRNA法。化学合成法是通过组装核糖核酸合成两条互补的单链RNA, 并且使这些互补的单链RNA退火形成dsRNA。然而这种方法存在合成周期长, dsRNA长度受限,合成成本高等问题3。主要适用于实验室小规模的基因功能研究;RNA聚合酶体外合成法利用RNA聚合酶和cDNA反转录技术,在体外合成并且纯化获得dsRNA, 所得dsRNA具有稳定性强,纯度高等优点,但是也存在合成过程复杂和成本高的问题,不适合大规模、低成本的工业化生产;微生物发酵扩繁dsRNA是构建微生物工厂,利用微生物体内转录机制合成dsRNA, 并且借助微生物的快速发酵能力实现dsRNA的大规模生产。这种方法具有操作简单、成本低、稳定性好等优势,是目前dsRNA大规模生产最有效的方法之一4。因此,为实现dsRNA在生产实践和农业领域应用, 利用微生物发酵获得dsRNA已经成为研究热点。近年来,简便、低成本dsRNA合成技术的成功研发和应用,加快了RNA农药的发展速度。
3 纳米技术
目前,国际上尚未对纳米农药形成统一定义,多以粒子尺度为标准进行界定。我国最新农业行业标准《纳米农药产品质量标准编写规范》对纳米农药进行了定义,即通过纳米制备技术使农药有效成分在制剂或/和使用分散体系中以纳米尺度(1-300 nm)的平均粒径稳定存在5。该标准进一步将纳米农药分为3种类型:纳米乳剂(1-100 nm)、纳米悬浮剂(1-300 nm)和纳米水分散粒剂(1-300 nm),并分别描述了其制备工艺、使用过程的粒径尺度及其稳定性特征。目前,纳米农药可分为2类:一类是其有效成分本身以纳米尺度存在,另一类是通过纳米载体负载有效成分形成的纳米载药体系,以实现高效递送和增效减施5。此外,研究人员还开发了多功能递送型纳米材料,不仅能够实现传统农药的纳米化,其自身还可作为农药活性成分,抑制有害生物,从而实现纳米材料在病害防控领域的“控-促”双重作用。对于RNA杀菌剂,纳米材料可以为RNA提供一个稳定的环境,延长其作用时间,同时通过纳米颗粒表面修饰特定的靶向基团,使RNA精准定位到感染部位6。同时纳米材料的结构可以设计为对外界环境(如pH、温度等)敏感,从而实现RNA的控制释放。
4 转基因技术
转基因泛指基因在生物间的转移,自然界生物的天然杂交和农业杂交育种均存在基因转移。转基因技术是把一种生物的特定基因作为外源基因随机整合至另一种生物(生殖细胞)的基因组中,使其获得新的性状并稳定地遗传给子代的基因cDNA操作技术。在RNA杀菌剂研发过程中,研究人员能够在寄主作物中异源表达靶向病原菌的dsRNA, 从而启动RNA干扰机制,有效杀死或者抑制病原菌生长繁殖,提高作物对病害的抗性。例如Zhang等在棉花中表达了靶向大丽轮枝菌VdH1基因的dsRNA,获得了抗黄萎病棉花株系35S-VdH1i,提高了植株对棉花黄萎病的抗性7。通过干扰SsGlcP基因的表达可有效降低甘蔗鞭黑粉菌的致病力,降低甘蔗黑穗病的发生,Wu等基于农杆菌介导的甘蔗遗传转化体系,以甘蔗ROC22品种为底盘,成功构建了以SsGlcP基因为靶标的宿主诱导的基因沉默转基因甘蔗,在转基因株系中成功干扰SsGlcP基因,使黑穗病发生率明显下降,与对照相比,转基因株系中黑粉菌的生物量显著下降8。Zhu等构建了以合成MAP激酶基因PsFUZ7为靶标基因dsRNA的转基因9。这些研究充分表明,在作物中表达针对病原菌的dsRNA是一种有效的病害防控策略。然而,转基因作物的研发周期长、成本高及民众接受度差等问题仍然不容忽视,与杀菌剂的研发相比,转基因作物的开发周期通常更长。