现下，RNA干扰（RNA interference，RNAi）已成为一种有效的农业害虫防治技术，国内外已经有RNA生物农药成功登记并在田间应用害虫防治。RNAi是以核苷酸互补配对的方式导向害虫靶标基因，从而抑制该基因的表达，以达到抗虫目的。因此，以往的研究中RNAi在抗虫方面具有高度的物种特异性，虽然具有很强的安全性，但对其它非靶标害虫则缺少防治能力。然而，在实际的农业生产当中，一种作物在自然条件下不可避免地会受到两种或多种害虫的威胁，RNAi技术自身的物种特异性限制了抗虫谱的扩大。

近日，Plant Biotechnology Journal在线发表了张江教授团队题为“Control of two insect pests by expression of a mismatch corrected double-stranded RNA in plants”的研究论文（图1）。该研究通过对dsRNA的重头设计，成功使得表达一种dsRNA的转基因植物能够同时抵抗桃蚜和烟粉虱这两种重大农业害虫，扩大了植物介导RNAi的抗虫谱。

图1. 论文首页

桃蚜和烟粉虱均为小型刺吸式害虫，两者的寄主范围十分广泛且互有重叠。在自然条件下，许多重要的粮食和经济作物常遭受它们的共同为害，如马铃薯、茄子、烟草等。细胞核基因组表达的dsRNA绝大多数都会植物体内的Dicer酶切割成小干扰RNA（small interference RNA，siRNA）。进入到昆虫体内后，siRNA分子的其中一条单链以核苷酸互补配对的方式结合昆虫靶标基因，随后在Ago等蛋白的协助下沉默靶标基因的表达。研究人员对桃蚜和烟粉虱β-actin基因其中一段区域段进行了序列比对，发现两者的序列相似度仅为84.73%，桃蚜或烟粉虱该区域所对应的dsRNA仅能切割形成最大可能的4个完全匹配siRNA用以靶标另外一种害虫的基因，和前期的研究结论一致，针对一种害虫的dsRNA只特异性的对本身具有抗性，而对另外一种害虫没有抗性。为实现同时RNAi抗2种害虫，研究人员对该区域进行了序列重头设计，采取了一种错配核苷酸间隔纠错的方法，获得了一段中间序列。中间序列与桃蚜和烟粉虱同源区域的一致性分别提高到了92.63%和92.11%。与此同时，中间序列所对应的dsRNA在防治桃蚜和烟粉虱时，最大可能的完全匹配siRNA提高到了27个和23个。转基因RNAi植物的抗虫生物测定实验表明：表达中间序列dsRNA的转基因RNAi植物同时对桃蚜和烟粉虱产生了显著抗性，有效地诱导了靶标基因β-actin的沉默，其抗虫的水平和表达原始序列dsRNA的抗虫植物相当，从而实现了“一箭双雕”，同时抵抗桃蚜和烟粉虱这2种害虫。而表达原始dsRNA的RNAi植物则分别只对两种害虫其中的一种具有抗性，但是对另外一种则没有抗性。该结果首次采用了错配核苷酸间隔纠错的dsRNA设计理念，可以有效地拓展植物介导RNAi技术的杀虫谱，进一步推进了RNAi技术用于害虫防治的应用领域。

图2. 通过错配核苷酸间隔纠错产生的人工设计中间dsRNA在植物表达的可以同时有效防控蚜虫和烟粉虱

湖北大学董毅副教授和已毕业硕士研究生张琪为论文共同第一作者，张江教授和常玲教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、自然科学基金等项目的资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14321