RNA-interferens (RNAi for kort) refererer til nedbrytning av mRNA forårsaket av endogent eller eksogent dobbelttrådet RNA, noe som resulterer i spesifikk obstruksjon av målgenuttrykk, og er ofte funnet i organismer. Det er rapportert at på 1990-tallet oppdaget vitenskapelige forskere gradvis fenomenet RNAi-gendemping, og det har nå blitt mye brukt innen entomologisk forskning. Fordi RNAi-indusert gendemping har fordelene med høy effektivitet, spesifisitet og enkelhet, har denne teknologien også blitt brukt i utviklingen av nye plantevernmidler de siste årene.
Hvordan RNAi kontrollerer skadedyr
RNAi forstyrrer transkripsjons- og translasjonsprosessene til gener relatert til vekst og utvikling av skadedyr, forhindrer proteinsyntese, noe som fører til redusert miljøtilpasning eller død av skadedyr. Denne typen kontrollmetode internaliserer hovedsakelig dobbelttrådet RNA til målgenet gjennom fôring av skadedyr. Etter at insekter inntar et dobbelttrådet RNA som er svært spesifikt for målgenet, absorberes det dobbelttrådete RNA i mellomtarmen. Hvis målgenet som skal dempes ikke er lokalisert i mellomtarmen, kan lyddempingssignalet overføres gjennom celler eller vev og nå stedet for det interfererte målgenet for RNAi.
Målgenene som er valgt for skadedyrbekjempelse ved hjelp av RNAi-teknologi er grovt delt inn i fem typer: skadedyrdødelige gener, gener relatert til skadedyrresistens og immunitet (reduserer skadedyrresistens mot kjemiske plantevernmidler), gener relatert til vekst og utvikling av skadedyr, gener relatert til skadedyrsegg legging, og gener relatert til lukt (som forstyrrer avlingsgjenkjenning av skadedyr).
For tiden er den mest populære måten å introdusere dobbelttrådet RNA i insekter gjennom fôring. Denne metoden er enkel å betjene og enkel å implementere. For tiden har denne metoden blitt brukt med suksess i bekjempelse av ulike skadedyr som brune plantehoppere, termitter, triatomin-bugs og maisrotbiller. Fôringsmetoden krever ikke spesialutstyr, og det er også mer praktisk å bruke denne metoden til å forske på RNAi. Denne metoden er imidlertid saktevirkende og kan ikke brukes av insekter i egg- og puppestadiet fordi de ikke kan mate.
Fordeler med RNAi i skadedyrbekjempelse
(1) På grunn av den høye spesifisiteten til dobbelttrådet RNA, vil slike produkter ikke påvirke ikke-målorganismer.
(2) RNA-biopesticider er stoffer som finnes naturlig i miljøet eller organismer, så deres potensielle skade på ikke-målorganismer er lavere enn kjemiske plantevernmidler. Slike stoffer kan også brytes ned gjennom naturlige veier.
(3) Slike produkter kan utvikles for alle typer skadedyr. Ved å sammenligne Bt-teknologi som et eksempel, fant forskere at Bt-insektresistente transgene avlinger har svært begrenset effekt på å kontrollere sugende insekter fordi Bt-toksiner ennå ikke har hatt en effekt på slike skadedyr. Dette problemet ble løst ved bruk av plantemediert RNAi.
Utfordringer og teknologiske gjennombrudd ved bruk av RNAi
Det kommersielle potensialet ved å bruke RNAi-teknologi for å kontrollere skadedyr avhenger hovedsakelig av effektiviteten av å levere dobbelttrådet RNA til målskadedyret, hvorvidt det dobbelttrådete RNA kan eksistere stabilt i insektkroppen, og konsentrasjonen av insektmiddellokket. Disse faktorene påvirker alle kostnadene ved bruk av dobbelttrådet RNA-produkter.
For mange selskaper er det en stor vanskelighet å løse problemet med at RNA lett brytes ned. Selv om sprøyting som inneholder dobbelttrådet RNA som samsvarer med en spesifikk gensekvens kan slå av spesifikke gener fra enkelte skadedyr og oppnå skadedyrkontrolleffekter, brytes RNA i sprayen lett ned og effekten er ikke langvarig og må brukes ofte, så bøndene bruker mye penger.
Siden oppdagelsen av RNAi-fenomenet har forskere gjort enorme fremskritt i å fremme anvendelsen av denne teknologien. Ifølge rapporter har et forskerteam fra University of Queensland i Australia utviklet teknologi som kan forlenge beskyttelsestiden for spray. Teamet kombinerte RNA med nanopartikler av leire, som er billige å produsere. De fuktige nanopartikler av leire reagerer med karbondioksid i luften og brytes gradvis ned, og frigjør sakte RNA for å forlenge effektiviteten. Denne teknologien gjør tobakksplanter motstandsdyktige mot pepper mindre flekkete virus i opptil 20 dager, og setter en enestående rekord. Samtidig sa David Baulcombe, som lenge har vært engasjert i forskning på gendempingsteknologi ved University of Cambridge i Storbritannia, at kombinasjonen av RNA og leire nanopartikler ikke medfører noen sikkerhetsrisiko.
De siste årene har selskaper med banebrytende teknologier dukket opp i denne fremvoksende industrien. De har fortsatt å utdype forskning og utvikling gjennom finansiering og samarbeid. Nye teknologier overvinner stadig utfordringene i bruken av RNAi. Inkludert utvikling av teknologier for å redusere produktproduksjonskostnader osv., bidrar disse til bruk av slike produkter i biologiske kontrollsystemer. La oss lære om de nye teknologiene og produktene til ledende selskaper i bransjen gjennom de hete trendene i bransjen de siste årene.
RNAi-prospekter
I 2019 sendte Bayer et nytt produkt, BioDirect, til US Environmental Protection Agency for registrering med dobbelttrådet RNA for kontroll av Varroa-midd – skadedyret som utgjør den største trusselen mot verdens birøktindustri. Dette er den første innsendingen til US Environmental Protection Agency for en RNA-biopesticid-aktiv ingrediens for eksogene applikasjoner i industrien.
Nåværende forskning viser at det er mulig å bruke RNAi-produkter gjennom bladsprøyting, stammeinjeksjon og vanning. Andre påføringsmetoder, som frøbelegg, krever ytterligere forskning.
I fremtiden vil kontinuerlige forbedringer i RNA-prepareringsteknologi også forbedre effektiviteten og feltstabiliteten til RNAi, som kan erstatte kjemiske plantevernmidler eller brukes i kombinasjon med kjemiske plantevernmidler for å redusere landbrukets avhengighet av skadelige syntetiske sprøytemidler.
Med fremgangen til vitenskapelig forskning blir gensekvensene til skadelige organismer stadig oppdaget, folk har mer og mer forståelse for mekanismen til RNAi, og kostnadene og effektiviteten til RNAi-produksjonen har blitt ytterligere forbedret. Slike nye biopesticider med høy spesifisitet og miljøvennlighet vil spille en stadig viktigere rolle innen skadedyrbekjempelse.
Qiu Dewen, nestleder ved Institutt for plantebeskyttelse ved Academy of Agricultural Sciences, sa en gang at den fremtidige utviklingstrenden for biopesticider vil inkludere varme forsknings- og utviklingsfelt som RNA-interferensteknologi, teknologi for gjenoppretting av jordhelse og induksjonsteknologi for planteimmunitet.
