基本信息
- 项目名称：
- 基于RNA干扰的害虫防治新技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 以玉米螟幼虫期基因OfSP为模板，合成dsRNA（dsOfSP）。以50ng/μl、1μl/头，喷洒玉米螟1龄幼虫，校正死亡率3天52.5%，5天65.6%，10天全部死亡。检测表明，第5天该基因表达即被显著抑制。用同样浓度和剂量dsOfSP处理棉铃虫1龄幼虫，校正死亡率5天5.1%，10天小于10%，90%个体可完成发育。 RNA干扰技术可高效杀死目标害虫，对其他生物影响很小，不存在环境污染。
- 详细介绍：
- 以玉米重要害虫亚洲玉米螟为研究对象，以RNA干扰技术为依据，探索一种环境友好的害虫防治新技术。 利用高通量的二代测序技术获得了亚洲玉米螟幼虫期特异表达的基因OfSP的全长cDNA。以该基因为靶标合成双链RNA (dsRNA)，用荧光标记的方法证明了dsRNA可以穿过昆虫的体壁进入体腔。因此，将dsRNA直接喷洒在害虫体壁上就可以实现相应基因的沉默并导致其死亡。 以亚洲玉米螟OfSP基因为模板，体外合成dsRNA（dsOfSP），用50ng/μl的浓度，以1μl/头的剂量喷洒亚洲玉米螟的1龄幼虫，3天后的校正死亡率达到52.54%，5天后的校正死亡率为65.65%，10天后幼虫全部死亡。定量PCR检测结果表明，从第5天开始，该基因的表达被显著抑制。 再用同样的浓度和剂量的dsOfSP处理1龄的棉铃虫，处理5天后的校正死亡率为5.12%，处理10天后的校正死亡率不到10%，90%以上的个体均能完成整个发育周期，并能正常产卵。 上述结果表明，用某种害虫特异基因的dsRNA，仅能选择性地杀死目标害虫，对其他同类害虫的影响非常小。由于这些基因在人和小鼠中均没有同源序列，因此，不可能对人和其他生物造成伤害。同时，由于dsRNA比较容易降解成对人和其他生物无害的核苷酸，因此，也不会带来环境污染问题。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和基本思路： 由农作物的农药残留问题和转基因抗虫作物的潜在生态安全问题引发了对于害虫防治方法的思考。希望能够借助RNA干扰、高通量测序等技术，探索出一种高效、安全、可用的害虫防治新技术。 创新点： 1.首次将RNA干扰技术应用于亚洲玉米螟的防治。 2.探索出喷洒这种简便可行的导入外源双链RNA的方法。 3.探索出针对某种害虫大量筛选靶标基因的方法。 技术关键： 1.发现调控亚洲玉米螟生长的关键基因。 2.探索一种简便、高效、可行的将双链RNA导入到亚洲玉米螟体内的方法。 主要技术指标： 1.获得OfSP基因的全长cDNA序列，并提交GenBank。 2.该基因dsRNA对亚洲玉米螟致死中浓度及其对棉铃虫的致死效果评价
科学性、先进性
- 科学性： 1.将RNA干扰技术应用于害虫防治的科学性: 利用RNA干扰的原理，将昆虫生长发育过程中关键基因的沉默可能致死的现象用于害虫防治之中。这是对最新科学发现和科学原理的合理应用。 2.害虫靶标基因筛选的科学性：利用转录组和数字基因表达谱技术，科学地选择幼虫期特异表达的基因，在害虫发生为害的早期进行防治。这样不仅能高效地杀死目标害虫，而且不会对其他生物造成伤害。 先进性： 按发展的阶段划分，目前最先进的害虫防治技术是转外源毒蛋白基因的抗虫转基因植物。但由于其潜在的生物安全性和生态安全性问题，目前还不能在粮食作物中推广应用。与现有的转基因抗虫技术相比，本发明利用昆虫特异基因的双链RNA直接喷洒进行害虫防治，是目前国际上最先进的技术。该技术还具有安全性、可选择性和易于推广应用等技术优势。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段。
技术转让方式
- 技术入股。
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、图片和样品。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 1.杀虫特异性强，可以实现针对目标害虫的防治。 2.幼虫期发育特异基因较多，可对低龄幼虫进行防治，也可以利用多个针对不同基因的制剂混合或轮流使用，避免害虫产生抗性。 3.喷洒方法使用方便，易于推广。 4.dsRNA制剂在自然条件下可以降解，不会对环境造成污染。 适用范围： 本作品的研究结果适用于鳞翅目、双翅目害虫的防治。 市场分析和经济效益预测： 1.鳞翅目害虫占害虫总数的75%，该方法具有广泛的应用前景和价值。 2.将合成的dsRNA添加保护剂，直接喷洒于农作物上，操作简便，易于推广。 3.dsRNA可利用工程细菌进行大量表达，便于规模化生产，成本较低，效益可观。 4.产品对人和其他动植物无害，对环境无污染。
同类课题研究水平概述
- 1.RNA干扰技术在害虫防治中的可行性及研究进展 RNA干扰（RNA interference，RNAi）技术是近年来研究基因功能的新技术，针对某一基因，利用外源导入的双链RNA（dsRNA）可以实现相应基因的沉默，关键基因的沉默可能有致死作用。近几年，昆虫学家对RNAi技术用于害虫防治的可能性越来越重视，研究逐渐增多。 最近几年，利用RNAi技术进行害虫防治的研究又取得了一系列成果。Zhou等（2008）用高剂量的内源性消化纤维素酶和六聚体贮藏蛋白饲喂白蚁，结果会影响保幼激素的调节作用，导致白蚁的畸形和死亡，这项研究提供了两个可用于RNAi技术的靶标基因，并为白蚁的防治提供了新的技术。 Zhao等（2011）的一项研究更为RNAi技术应用于害虫防治展现了更大的希望。他们用含有五种基因dsRNA的工程菌菌液饲喂马铃薯甲虫，可导致靶标基因的特异沉默，并导致马铃薯甲虫的死亡和体重增加，这是首次报道在昆虫中利用直接饲喂含有dsRNA的菌液而成功致死的实例，这项研究使得大规模生产dsRNA并应用于田间试验成为可能（Zhao et al., 2011）。 2.植物表达昆虫dsRNA及其在害虫防治中的应用研究 2007年，中国科学院上海生命科研究院的Mao等人，将表达P450基因dsRNA的拟南芥饲喂棉铃虫，导致棉铃虫发育延迟（Mao et al., 2007）；同年，孟山都公司的Baum等人的研究也表明，玉米根萤叶甲在取食了表达V-ATPase基因dsRNA的转基因玉米后，幼虫发育受阻或死亡（Baum et al., 2007）。该方法不仅降低了植物中转入外源毒蛋白基因的生态风险，也使得利用RNAi技术进行害虫防治有了实质性的突破。 3.RNA干扰技术及其在害虫种间特异性中的研究 尽管V-ATPase沉默对防治玉米根萤叶甲非常有效，但是，Whyard等人（2009）的研究表明，用V-ATPase基因的dsRNA饲喂果蝇、赤拟谷盗、蚜虫和烟草天蛾，结果发现，同一基因并不能导致这几种昆虫的死亡。同样，即使对同科不同种的果蝇饲喂同样的dsRNA也不能对它们产生相同的致死效率。这项研究证实了dsRNA处理昆虫具有极高的种间特异性，对非靶标害虫危害极小，因此，RNAi被看作是新一代的种间特异杀虫剂的理想选择。
