细胞子问题:通过跨界RNAi提高生防真菌杀虫效果的新方法

昆虫通过取食作物或吸血对农业生产和人类健康造成严重危害。蚊子是疟疾、登革热、黄热病、寨卡等疾病的传播媒介，对人类健康和生命安全构成严重威胁。目前对蚊子的控制主要依靠化学农药，但是化学农药的长期使用导致蚊子对农药产生了抗药性。迫切需要开发新的绿色替代工具来安全有效地控制蚊子。球孢白僵菌作为一种天然的昆虫病原真菌，可以通过体表感染和杀死昆虫。在控制刺吸式口器蚊虫方面具有独特优势，是一种环境友好型微生物杀虫剂。

但是，由于致病真菌通常需要较长时间才能杀死昆虫(通常需要一周甚至更长时间)，因此限制了真菌杀虫剂的广泛应用。这主要是由于昆虫在与病原菌的长期攻防过程中，进化出了高效的免疫防御系统来抵御真菌感染。为此，已经进行了许多研究，通过外源毒素或毒力蛋白的高表达对菌株进行遗传改良来提高生防真菌的杀虫效力。但效应蛋白的单一靶标也会导致对靶标昆虫的选择压力，因此迫切需要开发多靶标、无选择压力、更安全的效应因子用于杀虫真菌的遗传改良。

小RNA(sRNA，主要包括miRNA和siRNA)介导的RNA干扰(RNAi)是真核生物中高度保守的基因转录后表达的干扰机制。MiRNA在昆虫响应病原体感染的免疫调节中起着重要作用。王团队前期研究发现，可以在蚊虫和病原真菌之间双向传播，参与调节蚊虫免疫力和病原真菌的致病性。这种突破物种界限，跨物种转运到宿主或微生物细胞中干扰目的基因表达的现象，被称为跨王国RNAi。sRNA的这种双向跨境传播表现在以下几个方面：蚊子可以将其保守的miRNA转移到病原真菌细胞中，跨境抑制病原基因的表达，抑制真菌感染[1]；同样，病原真菌可以将其上调的sRNA跨境运输到受感染的蚊子细胞中，以干扰免疫基因的表达[2]。这些初步研究表明，我们可以利用sRNA在昆虫与病原菌互作中的跨境调节功能，使其成为生防真菌遗传修饰的有效效应因子。

在这项研究中，研究人员从埃及伊蚊中筛选并鉴定了两个负调节自身Toll免疫信号通路的mirna(miR-8和miR-375)，并通过基因工程转化成功构建了在球孢白僵菌中表达miR-8或miR-375的工程菌株。与野生球孢白僵菌相比，表达伊蚊miRNAs的转基因菌株在感染蚊子的过程中可以产生大量的miR-8或miR-375。这些miRNAs可以从真菌细胞转移到受感染的蚊子细胞，并分别靶向沉默伊蚊和Rel1A的Toll免疫信号通路受体Toll 5b的转录表达。同时还激活Toll通路抑制剂Cactus的转录表达，从而下调蚊虫抗菌肽基因的表达，降低蚊虫的抗真菌免疫反应，进一步增强白僵菌对蚊虫的致病性，加快蚊虫死亡率。

现场调查发现，不少地方的蚊虫对氯菊酯、氯氰菊酯等多种化学杀虫剂产生了不同程度的抗药性，严重影响了灭蚊效果。为了验证经过蚊子免疫抑制miRNAs改造的球孢白僵菌是否对抗药性蚊子有控制作用，研究人员对具有多重抗药性的埃及伊蚊景洪株进行了测试，发现表达miR-8或miR-375的工程菌株比野生菌株表现出更强的杀虫作用，使半致死时间(LT50)缩短了约30%。

研究人员进一步分析，miR-8和miR-375在埃及伊蚊、冈比亚按蚊、小菜蛾等害虫中是保守的，靶基因预测分析发现，miR-8和miR-375可以靶向这些昆虫的Toll免疫信号通路相关基因。为了验证表达miR-8或miR-375的工程菌株是否可以控制其他害虫，研究人员对鳞翅目害虫稻纵卷叶螟进行了测试，发现表达miR-8和miR-375的菌株对稻纵卷叶螟表现出较强的致病性，显著加快了球孢白僵菌对稻纵卷叶螟的敲除时间，半致死时间(LT50)缩短了约20%-40%。miR-8共表达。

图：利用病原RNAi(病原体介导的RNAi (pmRNAi)提高生防真菌的杀虫效力

在这项研究中，王研究员团队首次开发了一种新方法(病原体介导的RNAi，pmRNAi)，利用生防菌表达宿主miRNAs来跨界干扰害虫基因的表达，以提高生防菌的杀虫效力。pmRNAi方法具有以下多重优势：

1)利用宿主来源的miRNA进行品系改良可以避免害虫抗性选择的压力，因为对昆虫自身免疫和生理健康至关重要的内源性miRNA不易产生选择性抗性；

2)与外源毒素或毒蛋白基因相比，利用害虫本身的miRNA可以消除公众对工程菌株生物安全性的担忧；

3)有些昆虫来源的mirnas具有种属特异性，因此可以通过定制昆虫特异性miRNAs来改良菌株，提高工程菌的宿主靶向性和特异性；

4)与单一靶标杀虫蛋白相比，miRNA具有许多

靶标特性，单个miRNA可在一个或多个途径中靶向多个基因以发挥其生物学功能，而且一个靶基因的表达也可受到多个miRNAs的组合调控；

5）在理论上一个菌株中可表达多个寄主miRNAs，从而实现对害虫免疫或其他生理过程的重要靶基因或通路的操控，有效提高真菌杀虫剂的防治效果，使得该方法在生防菌的遗传改良上具有巨大的应用潜力。

该研究利用丰富的寄主miRNAs改造生防菌，为开发安全和高效的真菌等生物杀虫剂开辟了新方向和新思路，为昆虫与病原体相互作用研究提供新的思路。

版权声明 本网站所有注明“来源：100医药网”或“来源：bioon”的文字、图片和音视频资料，版权均属于100医药网网站所有。非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任。取得书面授权转载时，须注明“来源：100医药网”。其它来源的文章系转载文章，本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的，转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

87%用户都在用100医药网APP 随时阅读、评论、分享交流 请扫描二维码下载->

医药网新闻