昆虫所李飞教授团队研发siRNA脱靶效应和安全性评估新技术

发布者:梅洋发布时间:2021-11-19浏览次数:1006

  近日,浙江大学农业与生物技术学院李飞教授团队在中国农业科学领域顶级综合性学术期刊Journal of Integrative Agriculture(JIA,JCR 1区)在线发表了题为“Using transcriptome Shannon entropy to evaluate the off-target effects and safety of insecticidal siRNAs”的封面论文,利用转录组信息熵“Shannon entropy”系统性评估了小干扰RNA(siRNA)的脱靶效应和安全性,为RNA干扰(RNA interference,RNAi)介导的害虫控制技术的安全评价提供了一种新型度量手段。


当前,利用转基因作物表达双链RNA(dsRNA)、siRNA或直接施用dsRNA核酸农药的RNAi害虫防治技术显示了广阔的应用前景,但该技术可能产生的脱靶效应和安全风险尚缺乏可靠的评价手段。为此,李飞教授团队前期设计了针对甜菜夜蛾ADP核糖基化因子Searf2基因和几丁质酶Sechi1基因的siRNA,分别注射靶标害虫甜菜夜蛾和非靶标昆虫家蚕,系统分析了二者在摄入siRNA后的脱靶效应,并以此评估了对非靶标生物的安全性。研究发现,siRNA诱导的脱靶标基因可分为以下几类:I类是与靶标基因同源的基因;II类是靶标基因所涉及的代谢通路中的相关基因;III类是与靶标基因的siRNA 序列共有碱基连续匹配的基因。干扰后无论在靶标害虫和非靶标昆虫中,确实存在小部分非靶标基因(10%)表达量发生显著性变化(即脱靶效应),但非靶标差异基因的变化并不与siRNA 序列连续匹配的碱基数目成正比,并且反映基因整体转录变化的信息熵值(Shannon entropy)未发生显著变化,非靶标昆虫家蚕的生长发育正常(图1)。该结果表明,非靶标生物中由siRNA引起的个别脱靶效应,并不会对生物体基因的转录表达谱完整性产生显著影响。

此前,论文共同作者浙江大学贺康副研究员曾参与编著我国“化肥和农药减施增效理论与实践丛书”《RNA干扰:从基因功能到生物农药》,综述了RNA生物农药的发展和应用前景等内容,本研究进一步探索了利用转录组数分析手段评估新型害虫防控技术的可能性,为RNA生物农药的生物安全评估提供了新思路。

华中农业大学马伟华副教授为论文第一作者,浙江大学李飞教授为通讯作者,论文参与单位还有南京农业大学植物保护学院。该项目受到国家重大研发计划(2016ZX08011002)的资助。