树干注射dsRNA介导的RNAi技术在苹果树病虫害防治中的应用

RNA干扰(RNAi)技术在昆虫学领域得到了越来越广泛的应用，被认为是害虫综合治理的潜在工具。研究表明，当dsRNA饲喂给不同种类的节肢动物，包括一些重要的经济作物苹果害虫时，均有较强的致死作用。例如，当褐纹蝽(BMSB)若虫被喂食针对它们的三个管家基因所设计的dsRNA时，呈现了较高的死亡率。综合其他一些研究结果表明，RNAi是一种很有前途的控制果树害虫的替代工具。

在植物中，内源性小RNA的运动和运输是常见的，这种运动参与植物防御、生长、适应环境变化等多种功能的基因调控。这些运动主要通过胞间连丝进行细胞间的传播，或通过韧皮部进行全身的、长距离的传播。通过不同方法传递外源dsRNAs的吸收和移动的证据也在各种草本和木本植物物种中被报道。通过根吸收、叶柄吸收和树干注射的dsRNAs可以完整地通过木质部和外质体运输，被取食节肢动物害虫摄取，然后通过害虫的siRNA途径进行处理。

树干注射是利用树木的维管系统将作物保护材料运输到树冠的一种定向输送系统。该技术已被证明是特别有利于对紫外线敏感性的生物农药进行保护和应用的策略。树干注射确保最大限度地将作物保护材料输送到树冠，同时最大限度地减少环境退化和消除喷雾时偏离目标。该技术对各种食性害虫如食叶害虫和刺吸树果实害虫有较好的防治效果。迄今为止，对果树树干注射传递dsRNA的研究仅限于半田间条件下的盆栽树木，而对果树叶片dsRNA持久性的测量仅限于几天或几周的持续时间。这项研究的目的是确定在果园生长条件下，树干注射向全尺寸苹果树的冠层传递dsRNA的有效性（图 1）。此外，为了预测是否能维持足够的效价，以实现RNAi对目标害虫的影响，研究人员还测量了叶片中dsRNA的时间持久性。

这项研究在果园条件下的苹果树干注入后，dsRNA在树冠内的时间分布提供了重要的数据。在苹果树树冠中，dsRNA的移动和持久性的时间模式与小分子杀虫剂和生物农药的记录相似（图2）。相比之下，水溶性杀虫剂吡虫啉在苹果叶片上的浓度在14 DAT（days after treatment）(2011年6月13日)达到峰值，并在树干注射后在苹果树树冠上持续约3个月。生物农药印楝素 7 DAT(2017年6月1日)时在梨叶片中达到峰值，并在树干注射后在冠层中持续约1个月。

苹果树冠层中 dsRNA 浓度随时间而呈现出的显著变化。2019 年，最高 dsRNA 浓度出现在第 14 DAT，然后在 70 天后缓慢下降。鉴于两年间的 dsRNA 浓度在 56 DAT 的时间线上相似（2019 年：26,960 fg；2020年：16,409 fg），我们猜测 2020 年的峰值被错过，这是因为未收集 3 DAT – 35 DAT 样本（由于 COVID限制）。dsRNA浓度随着时间的推移逐渐下降可能是由叶组织中 dsRNA 的降解引起的。本研究未解决的另一个可能导致检测到的 dsRNA 下降的因素是 dsRNA 的细胞摄取和随后加工成 siRNA的因素，未来的研究应该解决这个问题。

树木物候学可能是影响 dsRNA 在生长季节的果园树木中分布和持久性的另一个重要因素。在这项 dsRNA 注射研究的过程中，在冠层中测量的峰值浓度是在 6 月初，即苹果花瓣落下后不久。苹果从开花到花瓣落下的阶段代表了从早期的萌芽期和叶片组织扩张期到由光合作用驱动的能量推动的夏季枝条扩张期的转变。在接下来的两个月里，花瓣落下阶段完全展开的叶子数量接近五倍。因此，如果在注射后 2 周内达到 dsRNA 至冠层的峰值递送浓度，即使没有发生 dsRNA 降解，仅由于生长季节枝条和叶组织的扩张，冠层浓度也会下降 5 倍左右.

除了树冠中的 dsRNA 持久性外，其他变量可能对基于注射的 dsRNA 递送策略具有重要意义。在本研究结果的基础上，未来的研究应描述 dsRNA易位途径和 dsRNA 在不同植物组织中的分布，评估植物细胞摄取和处理注射 dsRNA 的量，并直接测量 RNAi 对暴露于处理植物的节肢动物害虫的影响组织。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/ps.6993