近日，河南大学周树堂团队在Plant Communications发表了题为“Transgenic expression of mAChR-C dsRNA in maize confers efficient locust control”的研究论文。该论文针对重大农业害虫-飞蝗，发现GPCR家族的毒蕈碱型乙酰胆碱受体C（mAChR-C）通过调控表皮几丁质代谢在幼虫生长、蜕皮和变态发育中发挥重要作用。利用转基因玉米表达mAChR-C双链RNA（dsRNA），能够在玉米植株内生成大量mAChR-C siRNA，有效抑制蝗虫取食后mAChR-C基因的表达，导致幼虫死亡和畸形，呈现了植物介导RNAi在蝗虫防控中的应用潜力。
研究背景
RNA杀虫剂应用于田间是《科学》杂志评选的2024年度十大科学突破之一。 dsRNA介导的RNAi技术正在不断走向大田应用，利用转基因植物表达害虫靶基因dsRNA、在害虫体内实现靶基因特异性沉默，是抗虫作物种质资源创制和生物育种的重要途径。近年来，在棉花、水稻、小麦、玉米等作物表中报道了具有良好抗虫效果的dsRNA表达品系，证实了植物介导RNAi能够在鳞翅目、鞘翅目、半翅目害虫中实现靶基因沉默和有效防治。直翅目蝗虫特别是飞蝗，是世界性的重大农业害虫，喜欢取食玉米等禾本科作物，但尚没有利用转基因玉米表达dsRNA防治蝗虫的报道。
研究内容
包括蝗虫在内的许多昆虫对不同的dsRNA递送方式具有不同的敏感性。将dsRNA注射到体腔能够有效抑制靶基因的表达，但由于肠道中含有dsRNA酶（dsRNase），通过饲喂递送dsRNA通常不能有效沉默靶基因的表达。mAChR在昆虫发育、繁殖和行为中发挥重要作用，是重要的杀虫剂靶标，但对mAChR-C的作用机制缺少了解。本论文研究发现，mAChR-C通过调控几丁质合成和降解通路，作用于飞蝗的生长、蜕皮和变态发育。借助农杆菌转化技术在玉米中成功表达mAChR-C dsRNA，小RNA高通量测序表明mAChR-C dsRNA表达的玉米植株内生成大量的siRNA，飞蝗幼虫取食mAChR-C dsRNA转基因玉米后，mAChR-C基因表达受到显著抑制，引起死亡和畸形，显示出对蝗虫的高效抗虫性。值得注意的是，蜜蜂、金小蜂等有益昆虫没有mAChR-C同源基因；草地贪夜蛾、棉铃虫、玉米螟、黏虫等鳞翅目害虫取食mAChR-C dsRNA转基因玉米后，对其生长、蜕皮和变态没有明显影响，表明mAChR-C dsRNA转基因玉米并不作用于非靶标昆虫。本研究遴选了蝗虫的特异性靶基因，建立了表达mAChR-C dsRNA的转基因玉米品系，明确了mAChR-C dsRNA转基因玉米对蝗虫的抗性。
图1. mAChR-C转基因玉米能够有效地抑制飞蝗靶基因表达和控制飞蝗种群增长
图2. 通过转基因玉米表达mAChR-C dsRNA防治蝗虫的示意图。
河南大学生命科学学院、棉花生物育种与综合利用全国重点实验室的郑洪远副教授为第一作者，周树堂教授为通讯作者，硕士研究生化梦轲、江沵娜等为共同作者，该研究得到国家重点研发计划2022YFD1400500、区域创新发展联合基金重点项目U22A20482和河南省重点研发专项221111112200等项目的资助。