張濤 郅軍銳 葉茂
摘?要:RNA干擾(RNA interference,RNAi)是由小分子dsRNA引起目的基因mRNA序列特異性降解,導(dǎo)致靶標(biāo)基因沉默或表達(dá)量下調(diào)的現(xiàn)象。 RNAi在昆蟲重要生理酶相關(guān)基因功能的研究中起著至關(guān)重要的作用。本文主要對RNAi不同方法的應(yīng)用、各方法的優(yōu)缺點及影響RNAi效率的因素進行了綜述,總結(jié)了RNAi不同方法對昆蟲功能基因沉默效果的差異,及在昆蟲基因功能研究中的應(yīng)用進展。
關(guān)鍵詞:RNA干擾;基因功能;脫靶效應(yīng);害蟲防治
中圖分類號:S476
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1008-0457(2018)06-0063-07?國際DOI編碼:10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2018.06.011
昆蟲的RNA干擾(RNA interference,RNAi)主要指外源雙鏈RNA(double-stranded RNA,dsRNA)誘發(fā)的,通過阻礙特定基因的翻譯或轉(zhuǎn)錄,引起內(nèi)源靶標(biāo)mRNA降解,從而導(dǎo)致靶標(biāo)基因沉默或表達(dá)量明顯下調(diào)的現(xiàn)象[1]。對于揭示昆蟲生長發(fā)育及抗性相關(guān)基因的功能具有不可或缺的作用。近年來,基于昆蟲基因組學(xué)[2-3]、轉(zhuǎn)錄組學(xué)[4]、代謝組學(xué)[5]、蛋白質(zhì)組學(xué)[6]等分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展。RNAi自1998年在對秀麗隱桿線蟲Caenorhabditis elegans進行基因沉默的研究中發(fā)現(xiàn)以來[7],RNAi技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,其應(yīng)用主要包括作物品種改良、生物防治、昆蟲抗藥性功能基因研究等方面[1]。精確地說就是應(yīng)用于基因功能和信號傳導(dǎo)通路研究[8]。近年來,RNAi技術(shù)在昆蟲基因功能方面的研究也是如火如荼,不僅可以用于控制害蟲,也可以利用RNAi保護益蟲[9]。
RNAi方法自從被發(fā)現(xiàn)至今,就備受害蟲防治研究領(lǐng)域的學(xué)者們青睞。昆蟲的RNAi因其具有較強的特異性、對環(huán)境相對友好以及高效等特點,在基因功能、抗藥性研究和害蟲防治等方面的研究不斷取得新的進展[10-11]。以模式昆蟲黑腹果蠅Drosophila melanogaster基因功能的研究為起點,國內(nèi)昆蟲RNAi研究已涉及常見8大目昆蟲[12],比如半翅目的白背飛虱Sogatella furcifera [13]、鱗翅目的棉鈴蟲Helicoverpa armigera [14]、直翅目的東亞飛蝗 Locusta migratoria manilensis[15]、雙翅目的桔小實蠅Bactrocera dorsalis[16]、鞘翅目的馬鈴薯甲蟲Leptinotarsa decemlineata[17]、半翅目的中黑盲蝽Adelphocoris suturalis[18]、膜翅目的蜜蜂Bee[19]。除上述昆蟲外,RNAi技術(shù)在蜱類和螨類防治中的應(yīng)用也有一些報道[20-21]。
除上述幾個目的昆蟲外,歐美等國家對其他類別昆蟲的研究也早有報道,比如蜚蠊目[22-24]、等翅目[25-26]、脈翅目[27]、纓翅目的西花薊馬Frankliniella occidentalis[28-29]。除昆蟲外,國外對蜱[30]和螨[31-32]也建立了相應(yīng)的RNAi方法。
由于該技術(shù)對靶基因的高特異性、系統(tǒng)性及易操作性等特點,現(xiàn)已成為研究昆蟲基因功能的主要生物技術(shù)之一,且在害蟲防治等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值[33],特別是在非模式昆蟲中[34]。但不同的RNAi方法對同一昆蟲的RNAi效果存在差異,同一RNAi方法用在不同昆蟲研究RNAi效率也存在差異。dsRNA的導(dǎo)入方法、脫靶效應(yīng)、體外合成的dsRNA易降解及高成本等問題是RNAi應(yīng)用與推廣的最大障礙,嚴(yán)重的脫靶效應(yīng)會導(dǎo)致應(yīng)用RNAi進行昆蟲功能基因組學(xué)研究產(chǎn)生錯誤結(jié)論。也會因為靶標(biāo)非特異性的出現(xiàn),而導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境安全性問題,甚至影響人類健康[35]。本文根據(jù)近年發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)對不同RNAi方法在昆蟲功能基因研究及害蟲防治研究中的應(yīng)用、以及主要存在的問題等進行綜述并展望,以期能為以后昆蟲功能基因研究中RNAi方法的選取提供參考。
1?不同RNAi方法在昆蟲功能基因研究中的應(yīng)用
RNAi技術(shù)廣泛應(yīng)用于昆蟲基因功能研究中,但由于昆蟲種類多樣性、基因多樣性以及RNAi方法多樣性等導(dǎo)致靶標(biāo)基因的沉默效率存在差異[34,37]。其干擾片段dsRNA的導(dǎo)入方法主要有顯微注射、喂食、浸泡、病毒感染、共生體介導(dǎo)和轉(zhuǎn)基因方法等,其中較常用的是顯微注射法、喂食法和浸泡法[1,36],且顯微注射法是研究昆蟲系統(tǒng)性RNAi的最適方法[12]。
1.1?顯微注射法
1.1.1?顯微注射法在昆蟲RNAi研究中的應(yīng)用
顯微注射法即將體外合成的 dsRNA 通過顯微注射儀注射到昆蟲體內(nèi)的方法。通常昆蟲的各組織部位均可注射,但由于昆蟲中腸表皮的微絨毛上含有許多通道和內(nèi)吞小體、無幾丁質(zhì)包被、較大的表皮面積等特點便于dsRNA的吸收和擴散,所以,通常選擇中腸進行注射[38]。
隨著顯微注射法在模式生物線蟲和雙翅目黑腹果蠅的RNAi研究中取得成功[7,39]。該方法便在鞘翅目、鱗翅目、膜翅目、半翅目和直翅目等昆蟲中得到廣范應(yīng)用,且成為最為有效引入dsRNA主要方法之一[36]。近兩年來,顯微注射法在昆蟲RNAi中的研究可謂是日新月異,Vatanparast 等[40]觀察了注射α-淀粉酶基因HaAMY48,Ha-AMY49和保幼激素酯酶基因Ha-JHE的dsRNA后對棉鈴蟲生長發(fā)育的影響,發(fā)現(xiàn)注射96 h后3類重要酶基因表達(dá)量分別下調(diào)95.8%、 97.7%和74%。Zhu等 [41]研究發(fā)現(xiàn)對褐飛虱Nilaparvata lugens注射核糖體蛋白L5基因N1RPL5 dsN1RPL5后,其mRNA轉(zhuǎn)錄水平顯著降低了65.5%,限制了褐飛虱卵巢的發(fā)育。此外,豌豆長管蚜Acyrthosiphon pisum[42],非洲甘薯象甲[43],大麥蟲Zophobas atratus[44]和美洲大蠊Periplaneta americana[45]等昆蟲功能基因研究也見諸報端。
在國內(nèi)也有一些報道,如楊爽等[46]使用顯微注射法將麥長管蚜Sitobion avenae Fabricius OBP7的小干擾RNA(siRNA)導(dǎo)入麥長管蚜體內(nèi),結(jié)果證明了顯微注射方式進行RNA干擾的可行性。蔣艷冬等[47]利用顯微注射法對白背飛虱Sogatella furcifera觸角中特異性高表達(dá)的 SfOBP11進行 RNA 干擾,結(jié)果顯示,注射 SfOBP11 dsRNA 的若蟲對寄主水稻的識別能力降低。王芮等[48]采用顯微注射技術(shù)建立了超量表達(dá)灰飛虱 Laodelphax striatellus羧酸酯酶基因的果蠅品系。還有研究發(fā)現(xiàn),對東亞飛蝗采用注射法(觸角窩注射和腹部注射)進行RNAi實驗,得出觸角窩注射法可以高效降解 LmCYP3117C1,可作為飛蝗觸角高表達(dá)基因RNAi的主要干擾方法[15]。Ren 等[49]發(fā)現(xiàn)在飛蝗腹部注射 dsRNA 不能有效地干擾卵巢高表達(dá)的基因。熊佳福等[50]顯微注射家蠅Musca domestica胚胎,成功建立Ammrjp1轉(zhuǎn)基因家蠅品系,RT-PCR證明Ammrjp1基因在轉(zhuǎn)基因家蠅中可正常轉(zhuǎn)錄。
此外,陳潔等[51]對甜菜夜蛾Spodoptera exigua進行RNAi實驗,利用注射法,成功沉默了幾丁質(zhì)酶B基因(SeCHSB),導(dǎo)致部分甜菜夜蛾出現(xiàn)蛹期畸形。王錦達(dá)[35]在赤擬谷盜Tribolium castaneum RNAi的研究表明注射不同dsRNA均可以有效抑制目標(biāo)基因的表達(dá)量(55%~75%),且能持續(xù)抑制超過7天,并導(dǎo)致78.8%~87.0%的試蟲畸形。許霽玉[52]對褐飛虱五齡末期若蟲進行RNAi實驗,得出沉默后蟲體內(nèi)卵黃蛋白基因(N1Vg)的表達(dá)量顯著降低,卵母細(xì)胞發(fā)育滯緩,產(chǎn)卵量與孵化率均顯著降低,褐飛虱的生殖能力受到一定的影響。Hu等[53]利用RNAi技術(shù)研究小菜蛾P(guān)lutella xylostella體內(nèi)細(xì)胞色素 P450 基因家族中的CYP321E1 基因,研究表明在CYP321E1 基因在小菜蛾抗藥性中起明顯作用。
1.1.2?顯微注射法優(yōu)缺點分析
顯微注射法具備明顯的優(yōu)點,主要表現(xiàn)在通過顯微注射運送ds RNA,能夠直接迅速將雙鏈 RNA 運送到目的組織或血淋巴中,避免外表皮、腸道上皮細(xì)胞等障礙。此外,能夠?qū)⒋_定數(shù)量的dsRNA 注射到昆蟲體內(nèi)[36]。而且可以引起強烈的系統(tǒng)性RNAi。該方法可將某些基因干擾效應(yīng)傳遞到子代,對于口器、生境和發(fā)育歷期的要求十分寬泛[11]。
該技術(shù)也還存在一些缺陷與不足。如顯微注射法操作技巧的要求高,操作參數(shù)需優(yōu)化,操作過程相對耗時,且不適合個體較小的昆蟲[1,36]。因為體型較小的昆蟲容易被注射操作的機械損傷而導(dǎo)致死亡,不利于實驗的進一步開展。然而隨著全細(xì)胞自動注射儀等精密儀器的發(fā)展,顯微注射法在小型昆蟲的RNAi研究中取得了一些突破性進展。李如美等[54]利用NK2 全自動細(xì)胞注射系統(tǒng),以煙粉虱Bemisia tabaci的CYP6CM1 基因為目標(biāo)基因成功構(gòu)建了RNAi技術(shù)體系;Badillo-Vargas等[31]使用Nanoinjector II(Drummond Scientific,Broomall,PA,USA)顯微注射儀,以西花薊馬Frankliniella occidentalis的V-ATPase-B為靶標(biāo)基因進行干擾實驗,成功導(dǎo)致V-ATPase-B基因的表達(dá)量下調(diào),致使西花薊馬死亡率升高,繁殖率下降。
1.2?飼喂法
1.2.1?飼喂法在昆蟲RNAi研究中的應(yīng)用
飼喂法即昆蟲通過取食體外合成的dsRNA/siRNA而對靶標(biāo)基因起到干擾作用的方法。近幾年來應(yīng)用飼喂法進行昆蟲的RNAi研究方興未艾。Yu和Killiny[55]利用飼喂法對亞洲柑橘木虱Diaphorina citri的谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶DcGSTe2、DcGSTd1基因進行沉默,導(dǎo)致該蟲對甲氰菊酯和噻蟲嗪的敏感性增加,且通過對柑橘木虱飼喂dsRNA(dsDcGSTe2-d2)對DcGSTe2和DcGSTd1進行共沉默,導(dǎo)致了柑橘木虱對甲氰菊酯和噻蟲嗪的敏感性增加。Niu等[56]利用植物介導(dǎo)的dsRNA飼喂西方玉米根蟲Diabrotica virgifera virgifera導(dǎo)致該蟲繁殖率顯著下降。Wang等[57]用合成的dsRNA喂養(yǎng)煙粉虱成蟲導(dǎo)致Btdef基因沉默從而降低了煙粉虱體內(nèi)TYLCCNV基因的表達(dá)豐度。Ran等[58]在研究大豆食心蟲Leguminivora glycinivorella免疫相關(guān)基因LgToll-5-1a和LgPGRP-LB2a時,利用飼喂法導(dǎo)致這兩個基因表達(dá)水平下調(diào),導(dǎo)致其發(fā)育受阻且死亡率升高。Ghosh和Gundersen-Rindal[59]用細(xì)菌表達(dá)和體外合成的dsRNA喂養(yǎng)舞毒蛾Lymantria dispar幼蟲,導(dǎo)致舞毒蛾體重下降、卵塊數(shù)減少一半。
李雪峰等[60]利用豌豆蚜Acyrthosiphon pisum基因C002序列進行RNAi試驗,結(jié)果顯示,麥長管蚜分別取食dsC002 4 d和6 d后,C002基因的表達(dá)量均下降,且差異極顯著。李曉敏等[61]對B型和Q型煙粉虱飼喂P450CYP6CM1dsRNA,研究結(jié)果表明P450CYP6CM1基因在煙粉虱抵御煙堿或新煙堿類殺蟲劑過程中起重要作用。此外,飼喂法在豌豆長管蚜[42]、非洲甘薯象甲[43]、棉鈴蟲[62]、岡比亞按蚊Anopheles gambiae [63]、東亞飛蝗[15]等昆蟲中的研究也已見諸報端。
1.2.2?飼喂法導(dǎo)入dsRNA的方式及優(yōu)缺點分析
前人的研究報道指出飼喂法導(dǎo)入dsRNA的方法主要分為3種[1,36]:第1種是在細(xì)菌中表達(dá)雙鏈RNA,通過喂食細(xì)菌實現(xiàn)的,Palli用大腸桿菌表達(dá)甜菜夜蛾幾丁質(zhì)合成酶A(Se CHSA) 的dsRNA,并混在人工培養(yǎng)基后喂食甜菜夜蛾,可成功將dsRNA傳送到幼蟲的中腸[64];第2種是在體外合成dsRNA,再把dsRNA混在食物或溶液直接給昆蟲食用,在赤擬谷盜、豌豆蚜、煙草天蛾Manduca sexta、馬鈴薯甲蟲的研究中取得成功[1,65];第3種是喂食能夠表達(dá)雙鏈RNA 的轉(zhuǎn)基因植物,目前利用轉(zhuǎn)基因植物抑制昆蟲基因表達(dá),在鱗翅目、鞘翅目和半翅目昆蟲中得以成功實現(xiàn)[9],且通過使昆蟲取食表達(dá) dsRNA 的植物來沉默體內(nèi)目的基因,從而達(dá)到防控蟲害的目的[66],該方法是將RNAi技術(shù)向大田推廣應(yīng)用最具潛力方法之一。
飼喂法用于昆蟲dsRNA導(dǎo)入具有省力、省時和易操作等優(yōu)點[67]。對于高通量基因的篩選,特別是害蟲的防治,飼喂法相比于其他方法應(yīng)用性更強,且對于個體比較小的昆蟲不易對其造成機械損傷,如王暉等[68]用飼喂法成功沉默麥長管蚜與桃蚜Myzus persicae細(xì)胞色素P450基因。但飼喂法也存在不足,主要表現(xiàn)為不同物種所需量的范圍不同,需要大量的實驗進行驗證。且飼喂法由于作用較慢、效率較低、昆蟲的胚胎期和蛹期等無法取食等特點,并非所有的種都能取得成功[11,36]。
1.3?其他方法及其應(yīng)用
除上述兩種較常用方法外,其他還有如浸泡法、病毒介導(dǎo)法、轉(zhuǎn)基因法等dsRNA導(dǎo)入手段。浸泡法是將實驗材料直接浸泡在dsRNA 溶液中而引起RNAi的方法,因其方便操作,也變得越來越常見,這種方法也稱為細(xì)胞外RNAi[36]。浸泡法在昆蟲細(xì)胞系研究中應(yīng)用廣泛,在昆蟲當(dāng)中,大部分浸泡實驗主要在細(xì)胞株中實施[69],如黑腹果蠅[70]和飛蝗[15]。
病毒介導(dǎo)法是將靶標(biāo)基因dsRNA通過病毒侵染途徑導(dǎo)入宿主體內(nèi)的方法。針對不同的目標(biāo)害蟲,需對其生活史、生活習(xí)性和發(fā)生規(guī)律進行全面了解,有目的地選擇適宜的方法進行干擾試驗,以獲得預(yù)期效果[71];轉(zhuǎn)基因法進行 RNAi的優(yōu)點在于可持續(xù)、穩(wěn)定和便利地得到 dsRNA,并且能夠遺傳,轉(zhuǎn)基因方法首先被應(yīng)用于果蠅上,通過表達(dá)雙鏈RNA的轉(zhuǎn)基因植物,將昆蟲基因作為靶標(biāo),提高植物的抗蟲性[11,36,71]。此外,Whitten等[32]利用共生體介導(dǎo)的方法對西花薊馬進行RNA干擾,導(dǎo)致西花薊馬通道蛋白的mRNA表達(dá)水平下降,致使其對寄主植物的取食為害減弱,死亡率增高。
2?影響RNAi效率的因素
2.1?脫靶效應(yīng)
RNAi脫靶效應(yīng)首先是在研究人體細(xì)胞內(nèi)siRNA引導(dǎo)的基因沉默現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)的,該研究結(jié)果顯示,沉默的并非靶標(biāo)基因,而是與siRNA的11個連續(xù)核苷酸序列匹配的非靶標(biāo)基因[72]。對于昆蟲的脫靶效應(yīng)而言,前人在對黑腹果蠅的研究中得出,dsRNA與mRNA的匹配長度超過19 bp后就會產(chǎn)生較高的假陽性結(jié)果[73,74]。而對于秀麗隱桿線蟲則是dsRNA與mRNA大于40 bp且相似性高于95%才會出現(xiàn)脫靶效應(yīng)。
脫靶效應(yīng)的類型根據(jù)其是否引起細(xì)胞的一序列免疫應(yīng)答等原因?qū)⑵浞譃閮深悾譃樾蛄邢嚓P(guān)和序列無關(guān),其中序列相關(guān)脫靶效應(yīng)包括:(1)siRNA分子和非鞭標(biāo)基因的互作;(2)siRNA的種子區(qū)域六聚體或七聚體與非靶標(biāo)基因3UTR區(qū)的匹配。序列無關(guān)的脫靶效應(yīng)包括:(1)外源siRNA引起內(nèi)源mircoRNA對細(xì)胞內(nèi)非靶標(biāo)基因的調(diào)節(jié)作用;(2)外源dsRNA誘導(dǎo)機體或細(xì)胞產(chǎn)生免疫應(yīng)答;(3)靶基因沉默,進而改變下游基因的表達(dá)即‘下游效應(yīng)。王錦達(dá)[35]對赤擬谷盜注射dsRNA(dsEGFP)后對其15個免疫應(yīng)答相關(guān)基因檢測,結(jié)果表明,可以通過免疫反應(yīng)引發(fā)赤擬谷盜序列無關(guān)基因產(chǎn)生脫靶效應(yīng)。
RNAi脫靶效應(yīng)的產(chǎn)生與siRNA/dsRNA的濃度有關(guān),針對不同的物種不同的靶標(biāo)基因設(shè)計適宜濃度及適合長度的siRNA/dsRNA,有益于降低脫靶現(xiàn)象的出現(xiàn)率;通過化學(xué)修飾的方法亦可減少脫靶情況的出現(xiàn),化學(xué)修飾通過使正義鏈?zhǔn)Щ睿ヅcRISC結(jié)合的能力,從而降低正義鏈引發(fā)的脫靶效應(yīng)。此外,通過混合siRNA/dsRNA進行干擾比單一轉(zhuǎn)染的siRNA或者dsRNA更能降低脫靶效應(yīng)[35]。
2.2?功能性靶標(biāo)基因的選擇
將 RNAi 應(yīng)用于害蟲防控領(lǐng)域,功能性靶標(biāo)基因的選擇極為重要,這些基因包括生長發(fā)育相關(guān)基因、昆蟲能量代謝相關(guān)的重要生理酶基因、生長發(fā)育相關(guān)的激素、神經(jīng)調(diào)控相關(guān)的蛋白等。就當(dāng)前已有的研究報道而言,昆蟲抗藥性相關(guān)功能基因的研究更為全面。例如,F(xiàn)ishilevich 等[75]沉默了西方玉米根蟲和新熱帶區(qū)的褐蝽Euschistus heros 染色質(zhì)重組 ATP 酶基因,結(jié)果顯示西方玉米根蟲和新熱帶區(qū)的褐蝽繁殖率顯著降低。王暉等[68]沉默了麥長管蚜和桃蚜體內(nèi)細(xì)胞色素 P450,結(jié)果隨著 dsRNA 濃度的增大和時間的推移,麥長管蚜和桃蚜的死亡率可分別達(dá)到 75.56%和 64.44%。
在昆蟲RNAi的研究中,選擇合適的靶基因和適當(dāng)?shù)膶?dǎo)入方法是其成功的關(guān)鍵。根據(jù)齊江衛(wèi)等[76]的報道,在害蟲的防治中可供選擇適宜靶標(biāo)基因主要有4類,分別為(1)害蟲致死基因,如Rieske鐵流蛋白基因沉默致使害蟲死亡;(2)害蟲抗性和免疫基因,如細(xì)胞色素P450;(3)害蟲生長發(fā)育相關(guān)基因,如幾丁質(zhì)酶相關(guān)基因、乙酰膽堿酯酶和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶等[55,76];(4)害蟲產(chǎn)卵相關(guān)基因,如卵黃原蛋白受阻使害蟲產(chǎn)卵量下降[77]。
2.3?dsRNA的設(shè)計及其它影響因素
設(shè)計科學(xué)合理的dsRNA是保證昆蟲RNAi取得良好效果的關(guān)鍵,因為只有適宜dsRNA進入蟲體后才能誘導(dǎo)產(chǎn)生RNA干擾反應(yīng)[11]。dsRNA對RNA干擾效率的影響可歸納為以下幾點:(1)dsRNA的序列,決定生物出現(xiàn)脫靶效應(yīng)的可能性;(2)dsRNA的長度,決定了吸收和沉默的效率;(3)dsRNA的濃度,濃度越高不一定沉默效應(yīng)越強。比如在赤擬谷盜的RNA干擾研究中,在相同dsRNA濃度下,520 bp的dsRNA比69 bp的dsRNA抑制靶標(biāo)基因表達(dá)的持續(xù)時間長63 d[78]。
此外,dsRNA不穩(wěn)定性、供試?yán)ハx的發(fā)育歷期、腸道內(nèi)含物、生理PH、dsRNases、RNAi通路重疊等都對RNAi效率存在不同程度的影響[79]。就昆蟲的發(fā)育歷期而言,盡管較大的齡期便于操作,但幼齡時期往往表現(xiàn)出更強的沉默效應(yīng),且不同基因的沉默效應(yīng)持續(xù)時間不同[11,79]。
3?小結(jié)與展望
隨著昆蟲基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、新一代高通量測序技術(shù)等分子生物學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展,為我們獲取大量的基因信息提供了技術(shù)保障。RNAi 作為一種對基因表達(dá)具有特異性的抑制機制,為未知基因功能的研究提供了技術(shù)平臺,成為研究基因功能的有利工具。同時 RNAi 技術(shù)具有簡單、快速、重復(fù)性好等特性,可成為研究細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路的新策略。不同RNAi方法對同一昆蟲的干擾效應(yīng)存在差異,比如前人研究發(fā)現(xiàn)浸泡法和涂抹法干擾飛蝗觸角的LmCYP3117C1基因效果不明顯,腹部注射法對飛蝗觸角 LmCYP3117C1 的沉默效率相對較低,唯有觸角窩注射法可以高效降解LmCYP3117C1,及注射法可作為飛蝗觸角高表達(dá)基因RNAi的主要干擾方法[15]。
目前,昆蟲RNAi 技術(shù)在昆蟲重要生理酶、生長發(fā)育、抗藥性及其滯育相關(guān)功能基因方面的研究已取得重要進展。然而在實際應(yīng)用中還存在一些棘手的問題。如 siRNA 不僅可與靶標(biāo)基因特異性結(jié)合,也可與非靶標(biāo)基因結(jié)合使其基因沉默,出現(xiàn)脫靶效應(yīng);如何使用特定的RNAi來保護植物免受害蟲侵害,但又不傷害以這些植物為食的其他物種?不同種或同種昆蟲的同一靶標(biāo)基因或不同靶標(biāo)基因,RNAi效率最好所需的dsRNA濃度?如何將RNAi技術(shù)應(yīng)用于田間害蟲的防治?如何保障飼喂法研究中體外合成的dsRNA不降解或者少降解等均是亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。RNAi 技術(shù)的研究應(yīng)用,可為害蟲的防控策略提供一種更可持續(xù)、更綠色環(huán)保的新思路,相信隨著對分子生物學(xué)研究的不斷深入,RNAi技術(shù)有望走出實驗室,向田間推廣應(yīng)用。
參?考?文?獻(xiàn):
[1]?王偉偉,劉?妮,陸?沁,等.RNAi技術(shù)的最新研究進展[J].生物技術(shù)通報,2017,33(11):35-40.
[2]?張傳溪.中國農(nóng)業(yè)昆蟲基因組學(xué)研究概況與展望[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,48(17):3454-3462.
[3]?彭?露,何瑋毅,夏曉峰,等.基因組學(xué)時代害蟲治理的研究進展及前景[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報,2015(1):1-22.
[4]?張棋麟,袁明龍.基于新一代測序技術(shù)的昆蟲轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究進展[J].昆蟲學(xué)報,2013,56(12):1489-1508.
[5]?Xu Y J,Luo F,Gao Q,et al.Metabolomics reveals insect metabolic responses associated with fungal infection[J].Analytical & Bioanalytical Chemistry,2015,407(16):4815-4821.
[6]?陳利珍,梁革梅,吳孔明,等.蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其在昆蟲中的應(yīng)用[J].昆蟲學(xué)報,2008,51(8):868-875.
[7]?Fire A,Xu S Q,Montgomery M K,et al.Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans[J].Nature,1998,391(6669):806-811.
[8]?馮小艷,張樹珍.RNAi作用機制及應(yīng)用研究進展[J].生物技術(shù)通報,2017,33(5):1-8.
[9]?閘雯俊,李三和,周?雷,等.RNAi技術(shù)控制害蟲的機制與應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2017(7):144-145.
[10]?楊中俠,文禮章,吳青君,等.RNAi技術(shù)在昆蟲功能基因研究中的應(yīng)用進展[J].昆蟲學(xué)報,2008,51(10):1077-1082.
[11]?趙?潔,劉小寧.?RNAi在昆蟲控制領(lǐng)域的研究進展[J].中國植保導(dǎo)刊,2015,35(1):17-23.
[12]?施秀珍,吳青君,王少麗,等.RNA干擾在昆蟲中的作用機理及應(yīng)用進展[J].生物安全學(xué)報,2012,21(3):229-235.
[13]?陳?靜,張道偉,錢正敏.白背飛虱幾丁質(zhì)合成酶1基因的結(jié)構(gòu)及特性研究[J].生物技術(shù)通報,2018(1):195-201.
[14]?公玲玲,張丹丹,鄭曰英,等.棉鈴蟲ABC轉(zhuǎn)運蛋白ABCG1的基因克隆、亞細(xì)胞定位及其與Cry1Ac毒力的關(guān)系[J].昆蟲學(xué)報,2017,60(3):297-308.
[15]?史學(xué)凱,張藝偉,朱坤炎,等.不同RNAi方法對飛蝗觸角高表達(dá)基因沉默效率的比較[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報, 2017(5):780-790.
[16]?胡?浩.桔小實蠅注射法RNAi效率提升方法的研究[D].重慶:西南大學(xué),2017.
[17]?楊?帥,付開赟,吳家和,等.馬鈴薯甲蟲兩個系統(tǒng)性RNA干擾缺失基因cDNA的克隆、序列分析和時空表達(dá)[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報,2016,53(2):347-356.
[18]?羅?靜.中黑盲蝽信息素合成相關(guān)基因的篩選及功能分析[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2017.
[19]?吳艷艷,周?婷.?RNA干擾在蜜蜂病害防治中的應(yīng)用[J].中國蜂業(yè),2013(16):58.
[20]?崔?杰,周金林.蜱RNA干擾的不同方法與應(yīng)用[J].寄生蟲與醫(yī)學(xué)昆蟲學(xué)報,2015(1):65-71.
[21]?敖已倩云,申光茂,王夢瑤,等.朱砂葉螨β-COP和Sro基因鑒定及其沉默致死效果[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,50(18):3529-3539.
[22]?Cruz J,Mané-Padrós D,Bellés X,et al.Functions of the ecdysone receptor isoform-A in the hemimetabolous insect Blattella germanica revealed by systemic RNAi in vivo[J].Developmental Biology,2006,297(1):158-171.
[23]?Maestro J L,Bellés X.Silencing allatostatin expression using double-stranded RNA targeted to preproallatostatin mRNA in the German cockroach[J].Archives of Insect Biochemistry & Physiology,2006,62(2):73-79.
[24]?Pueyo J I,Lanfear R,Couso J P.Ancestral Notch-mediated segmentation revealed in the cockroach Periplaneta americana[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2008,105(43):16614-16619.
[25]?Zhou X,Wheeler M M,Oi F M,et al.RNA interference in the termite Reticulitermes flavipes through ingestion of double-stranded RNA[J].Insect Biochemistry & Molecular Biology,2008,38(8):805-815.
[26]?Hamilton C,Bulmer M S.Molecular antifungal defenses in subterranean termites:RNA interference reveals in vivo roles of termicins and GNBPs against a naturally encountered pathogen[J].Developmental & Comparative Immunology,2012,36(2):372-377.
[27]?Konopova B,Jindra M.Broad-Complex acts downstream of Met in juvenile hormone signaling to coordinate primitive holometabolan metamorphosis[J].Development,2008,135(3):559-568.
[28]?Badillo-Vargas I E,Rotenberg D,Schneweis B A,et al.RNA interference tools for the western flower thrips,F(xiàn)rankliniella occidentalis[J].Journal of Insect Physiology,2015(76):36-46.
[29]?Whitten M M A,F(xiàn)acey P D,Sol R D,et al.Symbiont-mediated RNA interference in insects[J].Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences,2016,283(1825):20160042.
[30]?Kocan K M,Zivkovic Z,Blouin E F,et al.Silencing of genes involved in Anaplasma marginale-tick interactions affects the pathogen developmental cycle in Dermacentor variabilis[J].Bmc Developmental Biology,2009,9(1):42-53.
[31]?Kamau L M,Wright H W,Nisbet A J,et al.Development of an RNA-interference procedure for gene knockdown in the poultry red mite,Dermanyssus gallinae:Studies on histamine releasing factor and Cathepsin-D[J].African Journal of biotechnology,2013(12):1350-1356.
[32]?Kwon D H,Park J H,Lee S H.Screening of lethal genes for feeding RNAi by leaf disc-mediated systematic delivery of dsRNA in Tetranychus urticae[J].Pesticide Biochemistry & Physiology,2013,105(1):69-75.
[33]?Li T,Liu L,Zhang L,et al.Role of G-protein-coupled receptor-related genes in insecticide resistance of the mosquito,Culex quinquefasciatus[J].Scientific Reports,2014,4(39):6474-6483.
[34]?Terenius O,Papanicolaou A,Garbutt J S,et al.RNA interference in Lepidoptera:an overview of successful and unsuccessful studies and implications for experimental design.[J].Journal of Insect Physiology,2011,57(2):231-245.
[35]?王錦達(dá).赤擬谷盜RNAi及dsRNA脫靶效應(yīng)的研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.
[36]?劉吉升,朱文輝,廖文麗,等.昆蟲RNA干擾中雙鏈RNA的轉(zhuǎn)運方式[J].昆蟲學(xué)報,2016,59(6):682-691.
[37]?Scott J G,Michel K,Bartholomay L C,et al.Towards the elements of successful insect RNAi.[J].Journal of Insect Physiology,2013,59(12):1212-1221.
[38]?Hakim R S,Baldwin K,Smagghe G.Regulation of midgut growth,development,and metamorphosis[J].Annual Review of Entomology,2010,55(1):593-608.
[39]?Kennerdell J R,Carthew R W.Use of dsRNA-mediated genetic interference to demonstrate that frizzled and frizzled 2 act in the wingless pathway[J].Cell,1998,95(7):1017-1026.
[40]?Vatanparast M,Kazzazi M,Mirzaieasl A,et al.RNA interference-mediated knockdown of some genes involved in digestion and development of Helicoverpa armigera.[J].Bulletin of Entomological Research,2017,107(6):777-790.
[41]?Zhu J,Hao P,Lu C,et al.Expression and RNA interference of ribosomal protein L5 gene in Nilaparvata lugens (Hemiptera:Delphacidae)[J]. Journal of Insect Science,2017,17(3):1-8.
[42]?Christiaens O,Swevers L,Smagghe G.DsRNA degradation in the pea aphid (Acyrthosiphon pisum) associated with lack of response in RNAi feeding and injection assay[J].Peptides,2014(53):307-314.
[43]?Prentice K,Christiaens O,Pertry I, et al.RNAi-based gene silencing through dsRNA injection or ingestion against the African sweet potato weevil Cylas puncticollis (Coleoptera:Brentidae)[J].Pest Management Science,2017,73(1):44-52.
[44]?Wang K,Peng Y,Pu J,et al.Variation in RNAi efficacy among insect species is attributable to dsRNA degradation in vivo[J].Insect Biochemistry & Molecular Biology,2016(77):1-9.
[45]?王?燕,李大琪,劉曉健,等.飛蝗表皮蛋白 Obstructor 家族基因的分子特性及基于 RNAi 的功能分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,48(1):73-82.
[46]?楊?爽,尹?姣,曹雅忠,等.麥長管蚜OBP7基因的RNA干擾[J].植物保護,2015,41(3):104-109.
[47]?蔣艷冬,梁慶梅,白月亮,等.白背飛虱氣味結(jié)合蛋白SfOBP11與寄主選擇行為的相關(guān)性研究[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報,2016,53(3):463-471.
[48]?王?芮,張浩淼,鄧?蕾,等.灰飛虱羧酸酯酶LsCarE1介導(dǎo)殺蟲劑抗性[J].昆蟲學(xué)報,2017,60(9):1006-1012.
[49]?Ren D,Cai Z,Song J,et al.dsRNA uptake and persistence account for tissue-dependent susceptibility to RNA interference in the migratory locust,Locusta migratoria[J].Insect Molecular Biology,2014,23(2):175-184.
[50]?熊佳福,張鑒清,劉桂清,等.利用PiggyBac系統(tǒng)在家蠅中表達(dá)蜜蜂王漿蛋白MRJP1[J].環(huán)境昆蟲學(xué)報,2017,39(1):75-84.
[51]?陳?潔,陳宏鑫,姚?瓊,等.甜菜夜蛾UAP的克隆、時空表達(dá)及RNAi研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,47(7):1351-1361.
[52]?許霽玉.褐飛虱RNAi——防治候選靶標(biāo)——2個雌性特異基因的分析[D].杭州:浙江大學(xué),2016.
[53]?Z H,Q L,H C,et al.Identification of a novel cytochrome P450 gene,CYP321E1 from the diamondback moth,Plutella xylostella (L.) and RNA interference to evaluate its role in chlorantraniliprole resistance[J].Bulletin of Entomological Research,2014,104(6):716-723.
[54]?李如美,王少麗,張友軍.顯微注射構(gòu)建煙粉虱的RNAi技術(shù)體系[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報,2015,52(2):504-509.
[55]?Yu X,Killiny N.RNA interference of two glutathione S-transferase genes,DcGSTe2 and DcGSTd1,increases the susceptibility of Asian citrus psyllid (Hemiptera:Liviidae) to the pesticides,fenpropathrin and thiamethoxam[J].Pest Management Science,2018,74(3):638-647.
[56]?Niu X,Kassa A,Hu X,et al.Control of western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera) reproduction through plant-mediated RNA interference[J].Sci Rep,2017,7(1):12591-12604.
[57]?Wang Z Z,Bing X L,Liu S S,et al.RNA interference of an antimicrobial peptide,Btdef,reduces Tomato yellow leaf curl China virus accumulation in the whitefly Bemisia tabaci[J].Pest Management Science,2017,73(7):1421-1427.
[58]?Ran R,Li T,Liu X,et al.RNA interference-mediated silencing of genes involved in the immune responses of the soybean pod borer Leguminivora glycinivorella (Lepidoptera:Olethreutidae)[J].Medicine,2018,96(24):e7189.
[59]?Ghosh S K B,Gundersen-Rindal D E.Double strand RNA-mediated RNA interference through feeding in larval gypsy moth,Lymantria dispar (Lepidoptera:Erebidae)[J].European Journal of Entomology,2017,114(1):170-178.
[60]?李雪峰,范?佳,孫永偉,等.麥長管蚜唾液蛋白C002的基因克隆與RNA干擾研究[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報,2014,51(6):1479-1487.
[61]?李曉敏.利用液體飼囊技術(shù)比較B和Q型煙粉虱的取食行為和RNA干擾效果[D].鄭州:河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.
[62]?Mao Y B,Cai W J,Wang J W,et al.Silencing a cotton bollworm P450 monooxygenase gene by plant-mediated RNAi impairs larval tolerance of gossypol[J].Nature Biotechnology,2007,25(11):1307-1313.
[63]?Zhang J,Khan S A,Hasse C,et al.Pest control.Full crop protection from an insect pest by expression of long double-stranded RNAs in plastids[J].Science,2015,347(6225):991-994.
[64]?Palli S R.RNA interference in Colorado potato beetle:steps toward development of dsRNA as a commercial insecticide[J].Current Opinion in Insect Science,2014(6):1-8.
[65]?Zhang H,Li H,Guan R,et al.Lepidopteran insect species-specific,broad-spectrum,and systemic RNA interference by spraying dsRNA on larvae[J].Entomologia Experimentalis Et Applicata,2015,155(3):218-228.
[66]?Baum J A,Bogaert T,Clinton W,et al.Control of coleopteran insect pests through RNA interference[J].Nature Biotechnology,2007,25(11):1322-1326.
[67]?Tian G,Cheng L,Qi X,et al.Transgenic cotton plants expressing double-stranded RNAs target HMG-CoA reductase (HMGR) gene inhibits the growth,development and survival of Cotton Bollworms[J].International Journal of Biological Sciences,2015,11(11):1296-1305.
[68]?王?暉.利用RNAi技術(shù)沉默麥長管蚜與桃蚜細(xì)胞色素P450[D].西安:西北農(nóng)林科技大學(xué),2012.
[69]?Zhou R,Mohr S,Hannon G J,et al.Inducing RNAi in Drosophila cells by transfection with dsRNA[J].Cold Spring Harbor Protocols,2013,2013(5):461.
[70]?Shah C,F(xiàn)rstemann K.Monitoring miRNA-mediated silencing in Drosophila melanogaster S2-cells[J].BBA - Gene Regulatory Mechanisms,2008,1779(11):766-772.
[71]?楊?廣,尤民生,趙伊英,等.昆蟲的RNA干擾[J].昆蟲學(xué)報,2009,52(10):1156-1162.
[72]?Jackson A L,Burchard J,Schelter J,et al.Widespread siRNA “off-target” transcript silencing mediated by seed region sequence complementarity[J].Rna-a Publication of the Rna Society,2006,12(7):1179-1187.
[73]?Kulkarni M M,Booker M,Silver S J,et al.Evidence of off-target effects associated with long dsRNAs in Drosophila melanogaster cell-based assays[J].Nature Methods,2006,3(10):833-838.
[74]?Ma Y,Creanga A,Lum L,et al.Prevalence of off-target effects in Drosophila RNA interference screens[J].Nature,2006,443(7109):359-363.
[75]?Fishilevich E,V Lez A M,Khajuria C,et al.Use of chromatin remodeling ATPases as RNAi targets for parental control of western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera) and Neotropical brown stink bug (Euschistus heros)[J].Insect Biochemistry & Molecular Biology,2016(71):58-71.
[76]?齊江衛(wèi),龔?亮,王會冬,等.RNAi及其在害蟲防治中的應(yīng)用[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,42(7):148-156.
[77]?嚴(yán)?盈,彭?露,萬方浩.昆蟲卵黃原蛋白功能多效性:以蜜蜂為例[J].昆蟲學(xué)報,2010,53(3):335-348.
[78]?Miller S C,Miyata K,Brown S J,et al.Dissecting systemic RNA interference in the red flour beetle Tribolium castaneum:Parameters affecting the efficiency of RNAi[J].Plos One,2012,7(10):e47431.
[79]?Cooper A,Silver K,Jianzhen Z,et al.Molecular mechanisms influencing efficiency of RNA interference in insects [J].Pest Management Science,2018,75(1):18-28.