环状末端双链RNA增强植物外源性RNA干扰效率的研究及其跨物种应用

为解决外源性RNA干扰(exoRNAi)在植物应用中稳定性差、递送效率低的问题，研究人员开发了新型环状末端双链RNA(ledRNA)结构。该研究通过比较传统发夹RNA(hpRNA)与ledRNA在烟草、真菌和蚜虫中的递送效率，证实ledRNA具有更强的组织穿透性、稳定性和跨物种基因沉默能力，为农业病虫害防控提供了非转基因技术新策略。

　　

在农业生物技术领域，外源性RNA干扰(exoRNAi)技术因其无需基因改造的特性备受关注，但环境中的RNA降解和跨组织递送效率低下始终是技术瓶颈。传统发夹RNA(hpRNA)在植物体内易被核酸酶降解，且难以通过叶面喷洒实现系统性基因沉默。更棘手的是，当应用于真菌病原体或昆虫防治时，常规双链RNA(dsRNA)的稳定性往往不足以支撑实际田间需求。

为突破这些限制，来自澳大利亚CSIRO Agriculture and Food的研究团队创新性地设计了环状末端双链RNA(ledRNA)分子。这种形似"哑铃"的结构包含双链茎杆和单链末端环，灵感来源于具有超强稳定性的类病毒结构。研究人员假设，这种特殊构型能抵抗核酸酶攻击并增强植物细胞摄取效率，相关成果发表在《Journal of Biotechnology》。

研究采用体外转录技术制备ledRNA，通过叶面喷洒、根部浸泡和口服给药等方式，在烟草(N. benthamiana)、尖孢镰刀菌(F. oxysporum)和桃蚜(M. persicae)三个生物系统中进行测试。关键实验包括qPCR检测基因沉默效率、气相色谱分析脂肪酸组成变化、以及蚜虫繁殖力统计等。

ledRNA设计

研究人员构建的ledRNA包含300-500bp靶基因反义序列，两端连接150bp非编码序列形成环状结构。与线性dsRNA相比，这种设计使核酸酶降解所需的自由末端减少50%，体外稳定性实验显示其在植物汁液中半衰期延长3倍。

跨物种基因沉默效果

在烟草叶片中，ledRNA对FAD2基因的沉默效率达78%，使单不饱和脂肪酸含量提升2.3倍，显著优于hpRNA组。在真菌实验中，ledRNA同时下调CYP51A/B/C和SDHB/C/D六个基因表达，抑制效果持续96小时以上。最令人振奋的是，蚜虫摄食靶向MpRack-1基因的ledRNA后，子代产量锐减75%，创下非转基因RNAi害虫防控的新纪录。

机制探讨

跟踪实验发现，荧光标记的ledRNA在植物维管束中的移动速度是hpRNA的2.4倍，且能通过胞间连丝进入相邻细胞。研究人员推测，末端环结构可能模拟了植物内源性RNA的转运信号，同时双链茎杆中的单链缺口(nick site)增强了核酸内切酶的耐受性。

这项研究开创性地证明，通过理性设计RNA二级结构可突破现有exoRNAi技术的局限。ledRNA不仅为作物抗病抗虫提供了可喷雾的"分子农药"，其跨物种有效性更为开发广谱生物制剂指明新方向。该技术已申请国际专利，预计将在农业可持续发展领域产生深远影响。