傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)殺菌劑是把雙刃劍，在提升農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)潛在的環(huán)境污染和健康風(fēng)險(xiǎn)。如何改變這一現(xiàn)狀？既能保障糧食安全，又能實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的RNA殺菌劑應(yīng)運(yùn)而生，成為第三次農(nóng)藥革命的核心產(chǎn)品。
近日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院首席研究員唐雪明團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化學(xué)》在線發(fā)表了題為《植物病原菌中噴霧誘導(dǎo)的基因沉默：機(jī)制、應(yīng)用和進(jìn)展》的綜述文章，系統(tǒng)介紹了外源噴霧誘導(dǎo)基因沉默用于植物病原菌防治的研究，對(duì)RNA殺菌劑的作用機(jī)制、創(chuàng)制方式和應(yīng)用前景進(jìn)行了全面梳理，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用提出了建設(shè)性解決方案。
針對(duì)真菌病害的“靶向藥”
植物病原菌是造成植物病害的主要原因之一。這類微生物專門寄生于植物體內(nèi)，破壞植物的生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)作物減產(chǎn)甚至死亡。
目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中植物病原菌的防治主要依靠化學(xué)殺菌劑，但因其使用時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣等，導(dǎo)致藥物殘留、抗藥性等負(fù)面問(wèn)題頻發(fā)。RNA殺菌劑具有高度的特異性和環(huán)境友好性，有望為防控植物病原菌提供綠色解決方案。
RNA殺菌劑是一種利用RNA干擾技術(shù)來(lái)抑制或殺死特定病原菌的新型殺菌劑。RNA干擾是一種真核生物體內(nèi)自然存在的基因沉默機(jī)制。該機(jī)制通過(guò)雙鏈RNA分子特異性結(jié)合同源mRNA，導(dǎo)致mRNA被核酸酶降解，從而抑制特定基因的表達(dá)。
“采用RNA干擾的方式進(jìn)行病原菌防治，是針對(duì)真菌病害的‘靶向藥’，也是解除作物農(nóng)藥抗藥性的‘特效藥’。”唐雪明解釋，在RNA殺菌劑中，設(shè)計(jì)合成的特定雙鏈RNA分子能夠與病原菌的mRNA序列互補(bǔ)配對(duì)并觸發(fā)其降解，導(dǎo)致病原菌無(wú)法產(chǎn)生某些關(guān)鍵蛋白，進(jìn)而抑制其生長(zhǎng)或?qū)е缕渌劳觥＿@也是施用RNA殺菌劑不易產(chǎn)生抗性的根本原因。
生物安全性、環(huán)境友好性是RNA殺菌劑的突出優(yōu)勢(shì)。“雙鏈RNA分子的設(shè)計(jì)，僅作用于特定病原菌，對(duì)人體及其他非靶標(biāo)生物無(wú)毒害。其生產(chǎn)過(guò)程清潔化，而且在土壤和水流中72小時(shí)內(nèi)即可降解。”唐雪明補(bǔ)充說(shuō)。
此外，RNA殺菌劑在農(nóng)田應(yīng)用后，很容易被降解成植物肥料。這些植物肥料會(huì)被作物再次吸收利用，對(duì)農(nóng)作物和環(huán)境都極為友好，可謂“化作春泥更護(hù)花”。
創(chuàng)新成果應(yīng)用潛力巨大
目前，國(guó)內(nèi)外RNA殺菌劑的防治對(duì)象主要有引起枯萎病的鐮刀菌、引起灰霉病的葡萄孢菌、引起莖腐病的菌核病菌等。
以煙草花葉病毒為例，它會(huì)導(dǎo)致植株畸形病變、矮化，甚至死亡，而且防治較為困難，煙草及其他茄科植物都深受其害。
2021年，唐雪明創(chuàng)立的硅羿科技（上海）有限公司（以下簡(jiǎn)稱“硅羿科技”）研發(fā)出了煙草花葉病毒RNA核酸干擾素，成為我國(guó)第一個(gè)進(jìn)入登記測(cè)試階段的RNA殺菌劑。目前，該RNA殺菌劑田間測(cè)試展現(xiàn)出良好的防治效果，能夠有效應(yīng)用于已被病毒侵染的植株，減少生產(chǎn)過(guò)程中因煙草花葉病毒感染造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失。
“一般而言，開發(fā)一種新的化學(xué)殺菌劑需要合成十幾萬(wàn)個(gè)化合物，耗資巨大且歷時(shí)良久，但病原菌僅2年左右即可對(duì)其產(chǎn)生抗性。相比之下，我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的RNA殺菌劑根據(jù)特定基因定制開發(fā)，無(wú)需對(duì)基因進(jìn)行海量匹配與篩選，歷時(shí)較短且研發(fā)成本更低，植物也不易產(chǎn)生抗性。”唐雪明團(tuán)隊(duì)成員、上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院副研究員黃艷娜介紹。
除了煙草花葉病毒RNA核酸干擾素外，國(guó)內(nèi)外還研發(fā)了諸多種類的RNA殺菌劑。如美國(guó)綠光公司研發(fā)的防治葡萄灰霉病的RNA殺菌劑和硅羿科技研發(fā)的防治核盤菌的RNA殺菌劑，目前正處在田間小試階段；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的防治辣椒疫霉的RNA殺菌劑，在室內(nèi)生測(cè)試驗(yàn)中的效果非常顯著。
這些創(chuàng)新成果未來(lái)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、綠色防控、節(jié)能減排中將發(fā)揮巨大作用。
運(yùn)用新技術(shù)應(yīng)對(duì)研發(fā)挑戰(zhàn)
隨著研究的深入和生產(chǎn)成本的降低，RNA殺菌劑有望在農(nóng)業(yè)、園藝以及公共衛(wèi)生領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為病害防治提供新的解決方案，并為全球糧食安全和環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。
“雖然RNA殺菌劑的應(yīng)用前景十分廣闊，但國(guó)內(nèi)外基于RNA殺菌劑的研發(fā)多處于室內(nèi)生測(cè)試驗(yàn)階段，仍面臨不少挑戰(zhàn)。”唐雪明對(duì)此提出了一些建設(shè)性的解決方案：如在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，應(yīng)用生物信息技術(shù)和人工智能算法等，可加速產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程；利用合成生物學(xué)技術(shù)可降低RNA殺菌劑產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)成本；創(chuàng)制高效能的遞送載體可以幫助RNA殺菌劑更快更好地抑制病原菌繁殖，或進(jìn)入病原菌體內(nèi)發(fā)揮作用。
當(dāng)前，RNA殺菌劑的研發(fā)和推廣正在國(guó)家主管部門的指導(dǎo)下有序進(jìn)行。唐雪明認(rèn)為，RNA殺菌劑要想進(jìn)一步推廣應(yīng)用，還需對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)、理化性質(zhì)等方面的評(píng)審框架及原則進(jìn)行更加科學(xué)的界定和規(guī)范。
傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)殺菌劑是把雙刃劍，在提升農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)潛在的環(huán)境污染和健康風(fēng)險(xiǎn)。如何改變這一現(xiàn)狀？既能保障糧食安全，又能實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的RNA殺菌劑應(yīng)運(yùn)而生，成為第三次農(nóng)藥革命的核心產(chǎn)品。
近日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院首席研究員唐雪明團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化學(xué)》在線發(fā)表了題為《植物病原菌中噴霧誘導(dǎo)的基因沉默：機(jī)制、應(yīng)用和進(jìn)展》的綜述文章，系統(tǒng)介紹了外源噴霧誘導(dǎo)基因沉默用于植物病原菌防治的研究，對(duì)RNA殺菌劑的作用機(jī)制、創(chuàng)制方式和應(yīng)用前景進(jìn)行了全面梳理，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用提出了建設(shè)性解決方案。
針對(duì)真菌病害的“靶向藥”
植物病原菌是造成植物病害的主要原因之一。這類微生物專門寄生于植物體內(nèi)，破壞植物的生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)作物減產(chǎn)甚至死亡。
目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中植物病原菌的防治主要依靠化學(xué)殺菌劑，但因其使用時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣等，導(dǎo)致藥物殘留、抗藥性等負(fù)面問(wèn)題頻發(fā)。RNA殺菌劑具有高度的特異性和環(huán)境友好性，有望為防控植物病原菌提供綠色解決方案。
RNA殺菌劑是一種利用RNA干擾技術(shù)來(lái)抑制或殺死特定病原菌的新型殺菌劑。RNA干擾是一種真核生物體內(nèi)自然存在的基因沉默機(jī)制。該機(jī)制通過(guò)雙鏈RNA分子特異性結(jié)合同源mRNA，導(dǎo)致mRNA被核酸酶降解，從而抑制特定基因的表達(dá)。
“采用RNA干擾的方式進(jìn)行病原菌防治，是針對(duì)真菌病害的‘靶向藥’，也是解除作物農(nóng)藥抗藥性的‘特效藥’。”唐雪明解釋，在RNA殺菌劑中，設(shè)計(jì)合成的特定雙鏈RNA分子能夠與病原菌的mRNA序列互補(bǔ)配對(duì)并觸發(fā)其降解，導(dǎo)致病原菌無(wú)法產(chǎn)生某些關(guān)鍵蛋白，進(jìn)而抑制其生長(zhǎng)或?qū)е缕渌劳?。這也是施用RNA殺菌劑不易產(chǎn)生抗性的根本原因。
生物安全性、環(huán)境友好性是RNA殺菌劑的突出優(yōu)勢(shì)。“雙鏈RNA分子的設(shè)計(jì)，僅作用于特定病原菌，對(duì)人體及其他非靶標(biāo)生物無(wú)毒害。其生產(chǎn)過(guò)程清潔化，而且在土壤和水流中72小時(shí)內(nèi)即可降解。”唐雪明補(bǔ)充說(shuō)。
此外，RNA殺菌劑在農(nóng)田應(yīng)用后，很容易被降解成植物肥料。這些植物肥料會(huì)被作物再次吸收利用，對(duì)農(nóng)作物和環(huán)境都極為友好，可謂“化作春泥更護(hù)花”。
創(chuàng)新成果應(yīng)用潛力巨大
目前，國(guó)內(nèi)外RNA殺菌劑的防治對(duì)象主要有引起枯萎病的鐮刀菌、引起灰霉病的葡萄孢菌、引起莖腐病的菌核病菌等。
以煙草花葉病毒為例，它會(huì)導(dǎo)致植株畸形病變、矮化，甚至死亡，而且防治較為困難，煙草及其他茄科植物都深受其害。
2021年，唐雪明創(chuàng)立的硅羿科技（上海）有限公司（以下簡(jiǎn)稱“硅羿科技”）研發(fā)出了煙草花葉病毒RNA核酸干擾素，成為我國(guó)第一個(gè)進(jìn)入登記測(cè)試階段的RNA殺菌劑。目前，該RNA殺菌劑田間測(cè)試展現(xiàn)出良好的防治效果，能夠有效應(yīng)用于已被病毒侵染的植株，減少生產(chǎn)過(guò)程中因煙草花葉病毒感染造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失。
“一般而言，開發(fā)一種新的化學(xué)殺菌劑需要合成十幾萬(wàn)個(gè)化合物，耗資巨大且歷時(shí)良久，但病原菌僅2年左右即可對(duì)其產(chǎn)生抗性。相比之下，我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的RNA殺菌劑根據(jù)特定基因定制開發(fā)，無(wú)需對(duì)基因進(jìn)行海量匹配與篩選，歷時(shí)較短且研發(fā)成本更低，植物也不易產(chǎn)生抗性。”唐雪明團(tuán)隊(duì)成員、上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院副研究員黃艷娜介紹。
除了煙草花葉病毒RNA核酸干擾素外，國(guó)內(nèi)外還研發(fā)了諸多種類的RNA殺菌劑。如美國(guó)綠光公司研發(fā)的防治葡萄灰霉病的RNA殺菌劑和硅羿科技研發(fā)的防治核盤菌的RNA殺菌劑，目前正處在田間小試階段；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的防治辣椒疫霉的RNA殺菌劑，在室內(nèi)生測(cè)試驗(yàn)中的效果非常顯著。
這些創(chuàng)新成果未來(lái)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、綠色防控、節(jié)能減排中將發(fā)揮巨大作用。
運(yùn)用新技術(shù)應(yīng)對(duì)研發(fā)挑戰(zhàn)
隨著研究的深入和生產(chǎn)成本的降低，RNA殺菌劑有望在農(nóng)業(yè)、園藝以及公共衛(wèi)生領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為病害防治提供新的解決方案，并為全球糧食安全和環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。
“雖然RNA殺菌劑的應(yīng)用前景十分廣闊，但國(guó)內(nèi)外基于RNA殺菌劑的研發(fā)多處于室內(nèi)生測(cè)試驗(yàn)階段，仍面臨不少挑戰(zhàn)。”唐雪明對(duì)此提出了一些建設(shè)性的解決方案：如在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，應(yīng)用生物信息技術(shù)和人工智能算法等，可加速產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程；利用合成生物學(xué)技術(shù)可降低RNA殺菌劑產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)成本；創(chuàng)制高效能的遞送載體可以幫助RNA殺菌劑更快更好地抑制病原菌繁殖，或進(jìn)入病原菌體內(nèi)發(fā)揮作用。
當(dāng)前，RNA殺菌劑的研發(fā)和推廣正在國(guó)家主管部門的指導(dǎo)下有序進(jìn)行。唐雪明認(rèn)為，RNA殺菌劑要想進(jìn)一步推廣應(yīng)用，還需對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)、理化性質(zhì)等方面的評(píng)審框架及原則進(jìn)行更加科學(xué)的界定和規(guī)范。
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