湖北大学常玲教授/安徽农业大学张龙娃教授团队在TOP发表科研成果:自组装纳米颗粒提升RNA干扰效率

“Self-Assembling Nanoparticle Enhances RNA Interference Efficiency against Hyphantria Cunea (Drury) with Minimal Risk to Nontarget Organisms”文章发表在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》。本研究研发出基于噬菌体MS2病毒样颗粒（VLP）并展示HIV-TAT肽的发夹RNA（hpRNA）递送系统，该系统可在大肠杆菌中自组装并高效封装hpRNA，显著提升hpRNA的核酸酶抗性与细胞摄取效率，在低剂量下即可对入侵害虫美国白蛾实现高效的RNA干扰（RNAi）介导的基因沉默，且对分月扇舟蛾、柳蓝叶甲、白蛾周氏啮小蜂三种非靶标生物无显著不利影响，是一种可规模化、高效且环境安全的RNA基害虫防控策略。

研究背景

美国白蛾是检疫性农林重大入侵害虫，食性广、繁殖力强，对农林生产造成严重破坏，传统广谱农药防控存在抗药性、再猖獗、残留的“3Rs”问题。RNAi是绿色的害虫防控替代技术，但鳞翅目昆虫中双链RNA（dsRNA）易降解、细胞摄取效率低、RNAi机制低效，导致其应用受限。MS2-VLPs为无感染性的纳米颗粒，可保护封装的核酸免受降解，TAT肽作为细胞穿透肽能提升核酸的细胞内转运效率，为解决鳞翅目昆虫RNAi效率低的问题提供了可行思路。

实验方法

筛选美国白蛾NADUFVII、V-ATPaseA等4个候选RNAi靶基因，通过RNAi反向验证明确网格蛋白介导的内吞是其dsRNA摄取的关键途径；2.构建融合TAT肽的MS2-VLPs表达载体，在大肠杆菌HT115中实现MS2-VLPs与靶基因hpRNA的共表达和自组装封装，通过TEM、电泳等验证封装效果；3.检测封装后hpRNA在美国家白蛾体液及杨树叶表面的稳定性；4.采用显微注射和人工饲料饲喂法，验证MS2-hpRNA对美国白蛾的RNAi效果；5.结合生物信息学预测hpRNA的潜在脱靶位点，并通过饲喂实验评估该系统对三种非靶标生物的安全性。

核心结果

V-ATPaseA/D为美国白蛾高效RNAi靶基因，其沉默可显著降低幼虫存活率；2.MS2-VLPs可成功封装hpRNA，形成直径23-36nm的规则二十面体结构，显著提升hpRNA在昆虫体液中的抗降解能力，且在杨树叶表面的降解速度远慢于裸hpRNA；3.显微注射和饲喂实验表明，MS2-hpATPaseA在低剂量下即可高效沉默靶基因，显著提高美国白蛾死亡率、抑制其生长发育，且效果优于裸hpRNA；4.生物信息学预测显示hpATPaseA对非靶标生物的潜在脱靶位点少，体内实验证实该系统对三种非靶标生物的存活率、体重、靶基因表达均无显著负面影响。

研究结论

MS2-VLPs通过物理封装保护hpRNA免受核酸酶降解，表面的TAT肽有效提升了hpRNA的细胞摄取效率，双重作用显著增强了美国白蛾的RNAi效果，突破了鳞翅目昆虫RNAi应用的关键瓶颈。该MS2-hpRNA系统兼具高效性与物种选择性，对非靶标生物环境安全，是一种优良的RNAi生物农药递送平台，为鳞翅目害虫的绿色防控提供了新方案。后续通过优化微生物表达系统、实现规模化生产，该系统有望在田间害虫防控中得到实际应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c13240