本技术介绍了一种新型嵌合体dsRNA农药,该农药针对稻曲病菌中的关键基因:细胞色素P450甾醇14α-脱甲基化酶UvCYP51和转录因子UvbZIP11。通过高效沉默这些基因片段,该农药能有效抑制稻曲病菌的生长,为水稻病害防治提供了新的解决方案。
背景技术
病原微生物,包括病毒、细菌、真菌和类真菌等,对全球农业生产构成重大威胁。根据联合国粮农组织的报告,全球每年约有20%至40%的农作物产量因病原微生物的影响而损失。这些病原体不仅直接导致作物产量减少,还可能通过产生毒素间接影响食品安全和人类健康。面对这些挑战,传统的化学农药虽然在一定程度上控制了病害,但由于其对环境的潜在危害和病原体的抗药性问题,人们越来越关注其长期使用的可持续性。因此,开发绿色、高效、安全的新型农药,建立环境友好的新型植物保护策略,成为农业可持续发展的必由之路。
稻曲病(Rice false smut)广泛分布于世界各地水稻种植区,可造成全球2.8%~49%的产量损失。稻曲病的病原菌为稻曲病菌(Ustilaginoidea virens),稻曲病菌在侵染时主要损害水稻穗部。稻曲病菌分生孢子在颖壳外部萌发,形成的菌丝逐步扩展至颖壳内侧、种子、花丝、花药等部位,最终形成被厚垣孢子包围的黄绿色稻曲球。但稻曲病菌并不直接伤害寄主植物细胞,而是采取“围而不杀”策略,通过吸收质外体营养不断生长繁殖,被围困的细胞得不到营养供给而降解。此外,稻曲病菌还能产生稻绿核菌素(Ustilaginoidins)和稻曲菌素(Ustiloxins)等次生代谢产物,其中稻曲菌素可抑制细胞内细胞骨架的形成,危害人畜健康。因此,采取全面而有力的措施以遏制稻曲病的发生及蔓延至关重要。
细胞色素P450甾醇14α-脱甲基化酶(CYP51)是甾醇脱甲基化酶抑制剂(DMIs)的靶标。在稻曲病菌中只有一个CYP51基因,命名为UvCYP51。UvCYP51上Y137H的点突变是造成稻曲病菌对三唑类杀菌剂戊唑醇产生抗药性的原因(王菲,水稻稻曲病菌遗传多样性及其抗DM I类杀菌剂分子机理的研究,华中农业大学,博士学位论文,2015)。
UvBI-1作为一个与细胞凋亡相关蛋白Bax的抑制子,负调控稻曲病菌的营养生长和分生孢子的产生,敲除该基因可以降低稻曲病菌的致病力(谢松霖,稻曲病菌BI-1基因功能及分泌蛋白信号肽鉴定方法的研究,华中农业大学,硕士学位论文,2019)。
喷雾诱导基因沉默(Spray-Induced Gene Silencing,SIGS)是一种利用RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术的植物保护策略。利用植物与病原物之间的跨界沉默,通过向植物喷施含有特定靶标的双链核糖核酸(dsRNA)的溶液即核酸农药,达到控制植物病害的目的。基于RNAi技术的核酸农药,因其针对性强、低毒害、对环境影响小及研发周期短等优势,已逐步成为科研领域的焦点。植物吸收dsRNA的机制尚未完全明确,但植物细胞吸收dsRNA后的沉默机制已明确。外源性的dsRNA进入细胞后会被核酸酶Dicer或类Dicer蛋白切割成21~24nt的小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA),这些siRNA与负载小核糖核酸(small RNA,sRNA)的RNA诱导沉默复合体(RNA-induced silencing complex,RISC)结合后解旋为单链RNA,反义链引导RISC与mRNA的互补序列特异性结合,使得mRNA降解,最终导致基因沉默。近年来,SIGS技术的研究逐渐在多种植物病原真菌中得到开展,并取得了一定的进展。
专利申请CN202211628713.3公开了一种防治立枯丝核菌病害的dsRNA纳米农药的制备及其应用。
针对稻曲病菌,尚没有有效的核酸农药。
实现思路