基因沉默噴劑可以消滅作物病蟲害，提高農作物產量？

覺得院子里玫瑰花的顏色不稱心嗎？重新栽種未免太過「勞民傷財」。或許有一天你能夠在市場上買到一種噴劑，只需對著花朵輕輕一噴，就可以通過使特定的基因沉默繼而改變花朵的顏色。

這種神奇的噴劑對於農民來說才可謂是「福音」。通過使用類似的基因沉默噴劑，農民可以輕而易舉地提高農作物產量、增加營養成分、增強抗旱力並誘導其早熟。而格外吸引人的是，這種基因沉默技術既可以為我們改變植物的性狀，又避免了在植物的脫氧核糖核酸（DNA）上「動手腳」，消除了人們的擔心。

「這種噴劑即噴即用，不像轉基因技術或傳統育種技術那樣需要長達數年的研發。」英國劍橋大學長期從事植物基因沉默技術研究的David Baulcombe如此表示。他同時指出，這種基因沉默噴劑還可能適用於多種植物。

雖然聽起來很神奇，但是這種噴劑卻是切切實實存在的。一些一直走在全球生物技術進步前列的公司，諸如孟山都等，目前都紛紛開始對基因沉默噴劑展開了攻關，希望通過沉默特定的基因，最終消滅作物病蟲害。

所謂基因沉默，其實是利用了一種純天然的防禦系統。當病毒侵入細胞後，細胞會將病毒的核糖核酸（RNA）剪成多個短小片段，形成雙鏈RNA，藉此識別出細胞內匹配的RNA序列並將其破壞。缺少RNA的病毒就無法產生蛋白質，自然也就無法進行複製。

這正是人們通常所說的RNA干擾技術（RNAi）。RNA干擾技術可以被用來阻止任何蛋白質的產生。但遺憾的是，在醫療方面，目前以RNA干擾技術為基礎研發的藥物還沒能實現跨越式進展，這主要是因為那些注射到血液中的RNA往往會被迅速降解，然後失去活性。

許多轉基因植物工作的原理其實就是產生可以令基因沉默的RNA。更為重要的是，生物學家們發現，通過噴洒含有與特定基因序列匹配的小分子雙鏈RNA，也可以輕易地讓一些（雖然不是所有）病蟲和植物體內的特定基因關閉。

一直走在生物技術前沿的孟山都，就率先開始著手研發防治病蟲害的RNA干擾噴劑。孟山都開發的這種噴劑專門靶向瓦蟎——一種對世界養蜂業威脅最大的蜜蜂病蟲害。根據今年年初孟山都方面公開的報告，目前針對這種消滅瓦蟎的噴劑的開發已經到了最後的攻關階段。

之所以說是「最後階段」，是因為如今這種噴劑面臨一個非常難以跨越的難關：由於噴劑中的RNA極易分解，這就使得噴劑的效用不夠持久，在植物中的抗蟲性只能勉強維持幾天時間。這就意味著需要頻繁使用噴霧，而昂貴的花銷無疑將會給農民帶來不小的經濟負擔。

就在全球生物學家因為基因沉默噴劑的效用無法維持而焦頭爛額之際，來自澳大利亞昆士蘭大學的研究團隊為人們提供了一種新的思路和可能。

根據《自然?植物》的報道，澳大利亞昆士蘭大學的研究團隊已經成功實現植物細胞內基因的長期沉默——通過噴洒一次這種基因沉默噴劑，他們已經使得煙草植物對辣椒輕微斑駁病毒具有抗病毒能力長達20天之久，從而創造了前所未有的紀錄。

「我們相信它是實現環境可持續的作物保護的關鍵進展。」研究團隊成員NeenaMitter這樣評價團隊的工作。實際上，當前全球許多研究團隊也都圍繞植物的這一長效影響展開了研究，但Mitter團隊率先發表了這項研究成果。

那麼，Mitter團隊究竟是如何做到讓基因沉默噴劑具有長效保護作用的呢？據了解，Mitter和同事Gordon Xu，通過將RNA與黏土納米粒子相結合，最終實現了這種長效的影響。

在具體操作方面，研究人員先用普通化合物，如氯化鎂等，製備成層層疊疊並帶正電的黏土納米粒子，然後再將黏土納米粒子與帶負電的RNA結合并提供保護。隨著時間推移，潮濕的黏土納米粒子會與空氣中的二氧化碳發生反應並逐漸分解，從而緩慢釋放RNA，達到持久作用的效果。

這是一個令人激動的結果，生物技術公司Apse創始人JohnKillmer表示，「除了防治害蟲和疾病，新噴劑還將開啟各種各樣的植物『修飾』潮流」，比如用來改變植物的顏色和外觀等各種性狀。不過Mitter團隊目前還未涉足這個領域，只是專註於作物的病害防治與保護方面。

現有技術還不能直接靶向作用於這些病蟲害，因此退而求其次，農民們只能選擇培育抗蟲性品種（如果有的話），或者努力消滅那些可能傳播植物病毒的微生物，比如蚜蟲等等。

因此可以預見的是，一旦這種基因沉默抗病噴劑在田間試驗上能夠取得與實驗室里一樣的顯著效果，那麼勢必會帶來巨大需求。「我們相信其商業化是可行的。」Mitter信心十足。

然而，這種基因沉默抗病噴劑想要真正走上商業化的道路，還必須克服一個繞不過去的障礙——成本問題。

雖然生產黏土納米粒子的成本十分低廉，但合成RNA的造價卻異常昂貴。幾年前，生產1克RNA就需要花費超過10萬美元。即便是目前，RNA的成本依然維持在每克100~200美元。但是，伴隨著科學技術的不斷進步，這一局面也正在迅速被改變。現在，Killmer的生物公司正致力於開發一種大規模生產RNA的技術，並有望將其成本降低至每克2美元以下。

另外，與常用殺蟲劑相比，基因沉默噴劑也更加安全。RNA不會被人體皮膚吸收，而且一旦進入人體也會被快速降解掉。然而在此前，曾有研究聲稱人類通過食物攝取的一些植物的RNA已經對人類基因產生了影響，然而後續開展的幾項研究沒有發現有關這種影響的任何證據。

「我完全沒有任何擔心」。在Baulcombe看來，RNA與黏土納米粒子的結合并不會帶來任何安全隱患。

除卻上述提及的安全優勢，基因沉默技術的另一個優點在於，其是通過改變RNA序列來產生效用，這就可能避免對非靶向生物造成影響，並儘可能地克服了大多數形式的抗性。

就目前來看，這項技術似乎還將自己和轉基因技術劃清了界線——至少眼下不少反轉陣營就紛紛表示了對這項即將到來的新技術的歡迎。「我接到有機作物種植者們打來的電話，他們希望我能夠抓緊時間推進這項技術。」Killmer說。

其實，基因沉默噴劑並不是這一方向上的「孤星」。其他生物學家也在探尋其他能夠改變植物性狀的噴劑，比如依靠植物信號分子原理等等。

來源：科學新聞

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