综述：还有很长的路要走：基于RNAi的树皮甲虫防治前景

《Forest Ecology and Management》：A long way off: Fate of RNAi-based bark beetle management

　　

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  RNAi是一种具有物种特异性且与环境相容的技术，可用于新一代森林害虫控制。
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  在和物种中的概念验证研究表明，该技术能够有效沉默对生存至关重要的基因。
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  在实际应用中，这一技术仍受双链RNA传递效率、稳定性以及目标生物发育阶段的生态可及性限制。
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  目前尚无关于树皮甲虫RNAi技术在实际条件下对树木定殖或幼虫滋生影响的研究。
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  短期内，RNAi最现实的应用可能是作为替代杀虫剂陷阱系统的选择性方法。

引言

在过去二十年中，由于气候变暖、干旱和热浪的影响，欧洲和北美的针叶林中树皮甲虫（鞘翅目：卷象科：天牛亚科）的侵害日益严重，本地种群数量不断上升，甚至出现大规模爆发（Hlásny等人，2021年；Singh等人，2024年）。2018年至2020年的干旱导致中欧云杉林出现前所未有的死亡现象，进而引发了欧亚云杉树皮甲虫（L.）的多年大规模爆发，这种甲虫一年内就能破坏超过1亿立方米的云杉林（Powell等人，2021年；Hlásny等人，2021年；Singh等人，2024年）。北美西部也出现了类似情况，航空调查显示有660万公顷的森林因树皮甲虫而死亡，这相当于该地区森林面积的7.1%，其中山松甲虫、云杉甲虫和西部香脂树皮甲虫是主要的危害物种（Hicke等人，2020年）。随着气候压力愈发频繁和剧烈，树皮甲虫不仅会加速养分循环，还会促使碳释放，使得受影响的森林从净碳汇转变为净碳源（Siegert等人，2024年）。

随着虫害加剧，传统管理方法的效果越来越差。砍伐受感染的树木以及对倒伏树木进行 salvage logging仍然是主要的应对措施，这些方法能够减少新的虫害发生点（Stadelmann等人，2013年）。然而，要实现有效控制，清理率需超过80%，而这只有通过密切监测才能实现；如果未能及时发现受感染的树木，其防治效果将会大打折扣（Fahse和Heurich，2011年）。在大规模虫害发生时，很难维持这样的清理频率，而且有一些研究指出，清除受感染树木并未对的数量或天敌的活动产生明显影响（Vanická等人，2020年）。信息素诱捕法和诱捕树被广泛用于补充传统清理措施，但它们的作用效果仍不确定。在比利时的一次严重虫害中，放置诱饵的交叉诱捕装置比诱捕树处理或未处理对照组更能吸引甲虫，这说明诱捕装置可能会将甲虫引入树林，但未必能降低当地的虫害压力（Kuhn等人，2022年）。使用杀虫剂处理的诱捕系统也可能带来生态方面的负面影响，因为它们会对（L.）等捕食者以及（Kugelann）等需要保护的物种造成不利影响（?poula等人，2025年）。同样，基于马鞭草酮的驱虫剂虽然可以保护单株树木或形成狭窄的防护带，但在甲虫压力较大的情况下往往效果不佳，这是因为甲虫扩散速度快、释放剂量不稳定、容易发生光异构化，且其抑制范围有限（Gillette等人，2014年；Progar等人，2014年；Jaku?等人，2024年）。尽管基于遥感技术的早期检测方法有了显著改进，但最新研究认为，目前的检测方法仍无法始终做到及时、准确，因而无法替代实地调查，无法为有效的病虫害治理提供支持（Zabihi等人，2021年；Trubin等人，2024年；Kautz等人，2024年；Singh等人，2024年）。总体而言，这些方法的局限性在于实施成本高、在虫害爆发时的效果不可靠，或是会对非目标生物造成不良影响。

因此，RNA干扰技术因其序列互补性而具有较高的物种特异性，这一优势是传统杀虫剂或信息素方法所不具备的，故而引起了人们的极大兴趣（框1；Fire等人，1998年）。被摄入或注入的双链RNA会在Dicer?2的作用下被分解为长度为21–23个核苷酸的小干扰RNA，这些小干扰RNA会引导RNA诱导沉默复合物去降解与之互补的信使RNA。这一过程会降低目标转录本的含量，一旦关键基因受到影响，就会导致昆虫的生长发育、繁殖能力、适应能力或存活率下降（图1；Vogel等人，2018年；Zhu和Palli，2020年；Palli，2023年）。在树皮甲虫及其他鞘翅目昆虫中进行的概念验证实验表明，这种RNAi机制确实存在，这也进一步提升了人们对其作为高效选择型害虫控制技术的兴趣。

不过，这种选择性是否真的能够转化为有效的森林保护措施，目前仍无定论。现有的关于鞘翅目昆虫的研究资料并不能提供太多有用的信息，因为不同物种对RNAi的敏感度存在差异，无法在整个目范围内进行可靠推导（Christiaens等人，2020年；Willow和Veromann，2021年；Silver等人，2021年）。虽然由于其能在低剂量下产生稳定且可遗传的反应，已成为系统RNAi研究的主要模型物种（Yoon等人，2016年；Cooper等人，2019年），但树皮甲虫与大多数农业害虫有着本质上的不同。它们的发育几乎完全在韧皮部的保护环境中进行，而成年后的外部处理仅限于短暂的扩散阶段。以往关于森林害虫RNAi技术的研究虽然列出了潜在的目标基因和传递技术，但并未探讨实验室中的实验结果是否能在实际条件下重复出现，也未研究是否有任何传递方式能够到达那些负责种群增长的隐蔽发育阶段（参见Singewar和Fladung，2023年；Mogilicherla和Roy，2023年；Gurusamy等人，2025年）。笔者认为，目前还没有任何研究证明，通过适用于生长中的树木的任何传递方式，RNAi技术能够将控制效果扩展到那些已经被信息素方法控制的成年扩散期甲虫之外。此外，也尚未有研究测试过RNAi技术是否能减少宿主树木中虫道的发展以及幼虫的生成。因此，现有文献几乎没有证据表明RNAi技术能够在实际应用中保护树木。所以，这一技术面临的限制可能不仅在于传递方式，还在于终点选择——因为仅仅通过检测转录本含量，是无法判断处理措施是否真正作用于那些会导致整个林分受损的发育阶段的。因此，评估这项技术是否可以投入实际应用，不能仅依据基因沉默的证据，而需要一个能够区分实验室概念验证与实际应用可行性的评估框架。

为了对这一观点进行评估，我提出了一个包含六个阶段的部署准备框架。首先是对目标基因和传递方式进行实验室验证，接着是在剪下的树段或笼养树木上开展半野外试验，之后是为了提高环境稳定性和穿透树皮能力而进行配方优化，随后是对非目标生物的影响进行评估，再通过以树木定殖情况作为主要评价指标开展小规模野外试验，最后是将该技术整合到现有的综合害虫管理方案中。类似的框架也被广泛用于生物控制技术的评估，因为它们能够明确判断一种处理方法是否有效、是否能够顺利传递、是否环保，以及是否具备实际应用价值（Taning等人，2020年）。在这里，这一框架有助于区分那些真正推动技术应用的研发工作，与那些仅重复早期研究阶段的工作。第1章“引言”和第2章“树皮甲虫RNAi研究的现状”介绍了实验室验证阶段已取得的成果，并指出了阻碍后续研究进展的障碍，而第3章则再次运用该框架来评估当前的研究进展，以及何时值得进一步投入资源。

章节要点

树皮甲虫RNAi研究的现状

目前已有研究的数量仍然较少，且几乎都处于部署框架的第一阶段，也就是对目标基因和传递方式的实验室验证。不过，现有的研究一致表明，树皮甲虫拥有功能性的RNAi机制，能够在受控条件下降低目标基因的转录水平，甚至在许多情况下提高甲虫的死亡率。在中，通过口服方式给予针对热休克蛋白70(hsp70)的dsRNA，就

阻碍其野外应用的因素

目前研究未能取得更大进展，主要原因有四点。第一点是RNAi敏感性不一致，这让人对已有研究结果的重复性产生疑问。第二点是树皮甲虫的生命周期特点，因为那些负责种群增长的发育阶段位于树皮下方，常规的传递方式无法触及这些部位。第三点是环境和操作方面的限制，这与

当前的进展状况

回到六阶段框架来看，目前这项技术在实际应用中的进展十分有限。所有已发表的研究都仍处于实验室验证阶段，而且这一阶段也尚未完全完成。虽然有研究在、属昆虫以及金花虫中观察到了RNAi活性，但同一物种的不同种群之间的反应一致性较差（Kyre等人，2024年；Penfold，2025年；Bickler等人，2026年）。此外，剂量与反应之间的关系也

结论

现有研究已经证明，在实验室条件下，树皮甲虫确实会出现基因沉默现象。但目前还无法确定是否能够在实际应用中，以可重复的方式将有效剂量的RNAi物质传递到树木内部那些隐蔽的发育阶段。因此，十多年的研究虽然证明了这一技术的生物学可行性，却未能证明其在实际应用中的可行性。此外，大多数研究都集中在已经具备扩散能力的成年甲虫身上，主要检测的是转录本含量或实验室条件下的死亡率

CRediT作者贡献说明

Vivek Vikram Singh：写作——综述与编辑，写作——初稿撰写，可视化分析，实验研究，概念设计。

关于本文撰写过程中生成式AI及AI辅助技术的声明

在撰写本文时，作者仅使用ChatGPT来优化语言表达。作者对生成的文本进行了必要的审阅和修改，并对最终发表的文章内容负全责。

资金支持

本研究得到了FORSOMICS项目的支持（项目编号：NextGenerationEU通过斯洛伐克的恢复与韧性计划提供的资助）。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本研究结果的财务利益冲突或个人关系。

利益冲突声明

作者声明自己没有任何已知的、可能影响本文研究结果的财务利益冲突或个人关系。