已商业化的RNAi转基因植物产品

2018-12-18 08:41 | 作者: 张守路 饶力群 汪启明 | 标签: RNA干扰 RNAi

张守路 饶力群 汪启明 (湖南农业大学生物科学技术学院,湖南长沙410128)

RNA干扰(RNA interference,RNAi)是指由双链RNA (double-stranded RNA,dsRNA)诱导细胞内同源mRNA高效特异性降解,从而使特定基因表达受抑制或使其沉默的现象。双链RNA(dsRNA)是RNAi的触发物,引发与之互补的单链RNA(single-stranded RNA,ssRNA)的降解。在 ATP作用下,经过Dicer酶(一种具有RNAaseIII活性的核酸酶)的加工,细胞中较长的dsRNA(30bp以上)首先被降解形成21~25bp的小分子干扰核糖核酸(short interfering RNA,siRNA),并有效地定位目标mRNA。siRNA具有特殊的结构特征,即5′端磷酸基团和3′端的羟基,其2条链的3′端各有2个碱基突出于末端。由siRNA中的反义链指导合成一种被称为RNA诱导的沉默复合体(RISC)核蛋白体,再由RISC介导切割目的mRNA分子中与siRNA反义链互补的区域,从而实现干扰靶基因表达的功能。

RNAi技术具有序列的高度特异性、抑制基因表达的高效性、沉默信号的高稳定性、沉默信号的可遗传性和可传递性的特点。
RNAi以其序列特异性的优势广泛应用于阻断或抑制基因表达,这也使得它成为转基因植物研发的强大工具。RNAi作为新型转基因技术已经在植物抗病虫害和品质改良等方面得到了广泛应用,一批RNAi转基因植物开始商业化应用。


由于Bt抗虫转基因作物大面积连年种植,害虫产生了较强的抗性。因此,研发新的转基因抗虫作物刻不容缓。以表达V-ATPase dsRNA的转基因玉米喂养玉米根虫,发现根虫的该基因表达量下降,玉米根部受损程度明显降低;当以表达CYP6AE14 dsRNA的转基因拟南芥和烟草喂养棉铃虫时,该基因在虫体中肠里的表达量下降,幼虫生长发育减缓。此外,棉铃虫取食在棉花中表达的半胱氨酸蛋白酶后更易吸收dsRNA。另外,发现参与膜受体运输的Snf7基因在玉米根虫的防治上效果更显著,孟山都公司研发的转基因玉米MON87411含有玉米根虫DvSnf7基因的dsRNA,根虫取食该转基因玉米后体内的基因就会被DvSnf7 dsRNA靶向结合并干扰,进而致死。转基因玉米MON87411已在美国、巴西、日本等8个国家和地区通过转基因安全评价,并已向我国申请进口安全证书。

我国在转基因重大专项的支持下,RNAi转基因植物的研发也取得了很大进展。中国科学院微生物研究所通过RNAi抑制棉花黄萎病原真菌大丽轮枝菌中致病基因的表达,开发了抗黄萎病棉花,抗性较对照处理提高了20%以上;中国科学院遗传与发育生物学研究所和南京农业大学通过RNAi技术阻断棉铃虫保幼激素合成,获得了抗虫转基因棉花,尤其对于Bt抗性棉铃虫品系有很好的防治效果。

苹果、马铃薯等果蔬在生产、贮藏、加工等过程中经常出现褐变现象,产生异味,损失营养,造成巨大的经济损失。科学研究发现,植物组织的褐变与多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)有关,抑制多酚氧化酶活性可以减弱作物的褐变程度。奥卡诺根特色水果公司利用RNAi技术抑制苹果体内多酚氧化酶基因(PGAS PPO suppression gene),研发了转基因苹果GD743等3个转化体,能减缓苹果褐化,已在美国和加拿大通过了转基因安全评价并已商业化应用;辛普劳公司利用RNAi技术抑制asn1和ppo5基因,研发了转基因马铃薯E12,能够减少黑斑,降低致癌物质丙烯酰胺的含量,已在美国、加拿大、澳大利亚等5个国家通过转基因安全评价和商业化应用。利用RNAi技术降低支链淀粉等物质含量,改良作物品质,已在玉米、水稻、小麦等作物中得到广泛应用,获得了一系列有产业化价值的转基因材料。

可见,RNAi已成为新型转基因植物研发的重要类型,既有国外产品陆续问世并期望进入我国市场,国内自主研发的RNAi转基因产品也不断出现。
(摘选自《现代农业科技》 2018年21期,《基于 RNAi 的转基因作物研发进展》)

来源:现代农业科技

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