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2024-07-01打擊害蟲!RNAi基因農藥提供作物保護新解方
655 期
Author 作者
吳岳隆/臺灣大學昆蟲學系教授,昆蟲病理研究室主持人;蘇榆娟/臺灣大學昆蟲學系碩士班學生,研究寄生蜂共生病毒影響寄主之胰島素代謝路徑;劉耘/臺灣大學昆蟲學系昆蟲病理研究室研究助理,負責RNAi基因農藥測試;林鈺淳/臺灣大學昆蟲學系博士,研究寄生蜂共生病毒影響寄主脂肪代謝路徑。
Take Home Message
•傳統化學農藥雖有防治效果,但也帶來環境汙染及抗性問題。基因農藥運用RNAi技術,能更精準、高效地防治害蟲。
•基因農藥透過將雙股RNA放入害蟲體內並誘發RNAi機制關閉重要基因的方式,達到防治害蟲的效果。主要有寄主誘導、病毒誘導、噴霧誘導三種方式。
•雖有成功案例,但基因農藥仍面臨核酸片段穩定性和專一性的挑戰。透過奈米載體保護和序列設計,有望克服並廣泛運用於作物保護。
農業的發展就像是一場人類與害蟲之間的軍備競賽。20世紀之前,人類多使用自然界中的有毒物質對付害蟲,例如硫、砷、毒魚藤、樟腦等;20世紀後,各式新興的有機合成殺蟲劑出現,為農作物生產帶來更強大的保護罩。然而,化學農藥的負面影響也開始受到眾人的注目,由於大部分化學農藥在消滅害蟲後仍會長期殘留於土壤中,並隨著食物鏈累積在生態系,容易對非標的生物造成不可抹滅的死傷。此外,使用化學農藥也令害蟲族群開始產生抗藥性,使得農民必須提高農藥用量與毒性才能繼續壓制蟲害,導致農業、害蟲與生態系一同落入惡性循環之中。
農業害蟲管理的新方法—RNAi基因農藥
隨著環境友善風潮興起,現行主流利用「害蟲綜合防治管理」(integrated pest management, IPM)制定更全面的戰略。IPM的核心觀念為「利用多樣化的防治策略以降低農業對化學藥劑的依賴性」,其中包含田間管理、物理防治、天敵防治、生物農藥等提升蟲害防治效果的手段。隨著愈來愈多的科學研究與生物科技技術發展,新型「基因農藥」登場。相較於生物農藥利用微生物或是動植物的萃取物,基因農藥最主流的策略是利用RNA干擾技術(RNA interference, RNAi),更精準地使用核酸片段,達到蟲害防治的功效。
基於RNAi的概念,在科學家理解哪些目標基因對於害蟲的生存至關重要後,基因農藥能利用基因沉默的原理關閉害蟲的目標基因,使得害蟲衰弱或死亡。基因農藥的第一步是讓設計完成的雙股RNA(double-stranded RNA, dsRNA)進入目標害蟲體內。然後在害蟲體內一種被稱作「Dicer」的核酸內切酶(endonuclease)會將這些dsRNA分解成小片段的siRNA(small/short interfering RNA, siRNA)。接著,siRNA與Argonaute蛋白(Argonaute protein,Ago)、相關蛋白質(RISCassociated proteins)結合,形成RISC複合物(RNA-inducedsilencingcomplex)。此時複合體會搜尋並分解siRNA互補的目標mRNA序列,達到抑制該段序列表現的效果,最終影響此害蟲的生理表現(圖一)。……【更多內容請閱讀科學月刊第655期】
![](https://www.scimonth.com.tw/upload/article/SM655/%e7%94%9f%e7%89%a9%e9%87%8d%e7%b9%aa%e5%9c%96_%e5%b7%a5%e4%bd%9c%e5%8d%80%e5%9f%9f_1.jpg)
圖一|RNAi機制(資料來源:作者提供)
設計完成的dsRNA進入害蟲體內後,害蟲體內Dicer將dsRNA分解成小片段的siRNA。接著siRNA、Ago、相關蛋白質結合形成RISC的複合物將分解siRNA互補的目標序列,影響此害蟲的生理表現。