通过切断基因来杀死害虫的作物

植物是许多真核生物中的一种,通过使用称为RNA干扰的过程来阻断蛋白质翻译,可以“关闭”它们的一个或多个基因。研究人员现在通过设计农作物来生产特定的RNA片段,这些片段在被昆虫摄入后,启动RNA干扰以关闭生命或繁殖所必需的目标基因,杀死或消毒昆虫。生物技术趋势即将出版的关于环境生物技术的特刊中回顾了这种方法的潜力。

由于化学农药引起人们对昆虫抗性,附带环境损害和人体暴露风险的担忧,转基因方法正成为未来害虫防治的有吸引力的选择。例如,某些玉米和棉花菌株已被改造以从苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)(Bt)中产生蛋白质毒素,其毒害某些蠕虫,甲虫和蛾。RNA干扰增加了另一种程度的微妙之处,即通过关闭消耗作物的害虫中的必需基因。

“基于RNA干扰的害虫控制可以提供基本上免费的保护,因为一旦品种开发,植物就可以继续使用它,而不需要额外的杀虫剂应用,”联合资深作者Ralph Bock说道。德国马克斯普朗克分子植物生理学研究所。

RNA干扰策略还可以解决围绕化学农药的环境和人类毒性问题。“当我们用RNA干扰技术瞄准一种主要害虫时,我们真正希望的是看到整体杀虫剂使用量大幅减少,”马克斯普朗克化学生态研究所所长共同资深作者David Heckel说。

除了应用成本和环境优势外,该方法的倡导者还指出了寻找遗传目标及其物种特异性的灵活性。虽然有机磷酸盐等化学杀虫剂通过使昆虫的神经系统超负荷起作用,但合适的RNA干扰靶标可能会控制某些东西,如细胞蛋白质分选,这些东西是必不可少的,但却是必不可少的。此外,即使某些目标基因在物种间相似,最佳设计的RNA片段也只能抑制一个物种及其最近的亲属,而不是像一些化学杀虫剂那样压倒非威胁性昆虫。

早期通过遗传修饰进行有害生物控制的尝试已经引起了人们对这些蛋白质在某些昆虫中产生毒性的关注,这些问题引起了对收获和摄取作物时这些蛋白质会发生什么的担忧。“对转基因蛋白质的反对意见涉及它们对人类可能的毒性或过敏性的担忧,但是通过RNA干扰策略,没有制造蛋白质,只需要一些额外的RNA,”博克说。

RNA干扰在它可以对所有主要作物及其害虫起作用之前面临多重障碍。在植物方面,科学家还没有找到一种方法来转化谷物叶绿体基因组,如水稻和玉米,这是产生足够RNA片段以高速消灭害虫的最直接途径。在昆虫方面,突出的害虫如一些毛虫可以降解这些碎片,避免目标基因的关闭。

Bock和Heckel都认为RNA干扰技术距离该领域大约需要6到7年,但他们对改变围绕农业转基因技术的争论的潜力持谨慎乐观态度。“科罗拉多马铃薯甲虫现在几乎遍布全球,甚至进入中国,”Heckel说。“由于这种主要害虫的传播对杀虫剂具有抗性,因此转基因马铃薯的发展有一个很好的例子,试图阻止这种趋势,并希望它将证明有足够的优势来克服对任何和所有基因改造的反对。作物“。