基于 PEI 功能化星形多阳离子纳米粒子的 RNA 高效递送与广谱蚜虫控制研究

《Journal of Nanobiotechnology》：Barrier to bypass: a PEI-functionalized star polycation platform for potent broad-spectrum aphid RNAi management

摘要

星形多阳离子（SPc）已被证实是一种高效的RNA递送载体，但其有限的RNA结合能力、制剂稳定性和多屏障穿透性限制了其在可喷雾RNA杀虫剂中的经济应用。在此，我们通过将SPc与聚乙烯亚胺（PEI）进行功能化处理，开发出一系列SPcP纳米粒子，合理地结合了SPc的保护能力和PEI的阳离子电荷及膜相互作用特性。在合成的SPcP纳米粒子中，SPcP3通过静电相互作用、氢键作用和范德华力与双链RNA（dsRNA）形成了紧凑的球形纳米复合物。值得注意的是，SPcP3的复合作用不仅显著增强了RNA对核酸酶、高温和极端pH值的稳定性，还显著提高了在叶片表面的沉积效果、对蚜虫角质层的穿透能力以及进入细胞的能力。在Sf9细胞中的转录组分析表明，SPcP3介导的递送增强作用源于内吞作用、囊泡运输、溶酶体相关过程和跨膜运输的协同激活，这与所提出的“质子海绵”效应一致，并发现了一条先前未被识别的辅助运输途径。利用这一平台，我们筛选了五种蚜虫物种中保守的ATP-d、CHS和EcR序列，并将其组装成多靶点shRNA制剂（shRNAs/SPcP3）。该制剂对五种蚜虫物种实现了稳定的广谱控制，实验室控制效率为87.3%–96.9%，同时表现出优异的生物相容性——对黄瓜生长、天敌Harmonia axyridis或Sf9细胞均无明显的不良影响。总体而言，本研究建立了一个稳健的纳米平台，克服了限制RNA杀虫剂应用的主要递送障碍，提供了一种可扩展且环保的广谱蚜虫管理策略。

图形摘要

星形多阳离子（SPc）已被证实是一种高效的RNA递送载体，但其有限的RNA结合能力、制剂稳定性和多屏障穿透性限制了其在可喷雾RNA杀虫剂中的经济应用。在此，我们通过将SPc与聚乙烯亚胺（PEI）进行功能化处理，开发出一系列SPcP纳米粒子，合理地结合了SPc的保护能力和PEI的阳离子电荷及膜相互作用特性。在合成的SPcP纳米粒子中，SPcP3通过静电相互作用、氢键作用和范德华力与双链RNA（dsRNA）形成了紧凑的球形纳米复合物。值得注意的是，SPcP3的复合作用不仅显著增强了RNA对核酸酶、高温和极端pH值的稳定性，还显著提高了在叶片表面的沉积效果、对蚜虫角质层的穿透能力以及进入细胞的能力。在Sf9细胞中的转录组分析表明，SPcP3介导的递送增强作用源于内吞作用、囊泡运输、溶酶体相关过程和跨膜运输的协同激活，这与所提出的“质子海绵”效应一致，并发现了一条先前未被识别的辅助运输途径。利用这一平台，我们筛选了五种蚜虫物种中保守的ATP-d、CHS和EcR序列，并将其组装成多靶点shRNA制剂（shRNAs/SPcP3）。该制剂对五种蚜虫物种实现了稳定的广谱控制，实验室控制效率为87.3%–96.9%，同时表现出优异的生物相容性——对黄瓜生长、天敌Harmonia axyridis或Sf9细胞均无明显的不良影响。总体而言，本研究建立了一个稳健的纳米平台，克服了限制RNA杀虫剂应用的主要递送障碍，提供了一种可扩展且环保的广谱蚜虫管理策略。

图形摘要