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中国农大成功构建SPc-dsRNA纳米递送系统,内吞与跨膜转运协同″开路″精准防控灰霉病

2026-06-04 17:391490

近日,中国农业大学植物保护学院沈杰、闫硕教授团队在国际学术期刊Plant Biotechnology Journal发表研究论文Interactional endocytosis and transmembrane transport promote cellular internalization of nano-delivered RNA drugs for efficient control of crop diseases。该研究构建了一种基于星形阳离子聚合物SPc的dsRNA纳米递送平台,系统解析了纳米递送RNA药物在植物真菌细胞中的内化过程及其分子机制,为RNA农药的高效递送和作物病害绿色防控提供了新思路。


灰霉病菌(Botrytis cinerea)是一种重要植物病原真菌,可侵染多种经济作物,严重影响作物产量和品质。dsRNA诱导的基因沉默技术为作物病害绿色防控提供了新策略,但外源dsRNA在病原菌细胞中的稳定递送和高效内化仍是限制其应用的重要瓶颈。因此,开发高效、安全的RNA递送体系并阐明其细胞摄取机制对推动RNA农药研发与应用具有重要意义。团队研究结果表明,SPc通过增强dsRNA在菌丝表面的黏附性,降低dsRNA与菌丝细胞表面之间的静电斥力,使菌丝对外源dsRNA的摄取效率提高了约1.18倍(图1)。





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图1 SPc提升菌丝吸收dsRNA的效率


研究结果表明,SPc主要通过激活内吞作用相关基因(如pkc、ypt10、pil1)和跨膜转运相关基因(如mfs1、mfs2、mfs3、mfs4),促进dsRNA的细胞内化(图2),其主要运输途径的示意图见图3。与裸dsRNA相比,在SPc的辅助下,菌丝细胞内囊泡的数量和面积均显著增加,直接跨膜吸收的粒子数量也明显提高,表明内吞作用与跨膜转运共同参与并促进了纳米递送RNA药物的细胞摄取过程。


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图2 菌丝细胞内化dsRNA的分子途径和过程


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图3 主要运输相关途径的示意图


通过RNA干扰、化学抑制剂处理及突变体实验,进一步证实内吞作用与跨膜转运并非彼此独立,而是协同配合,共同优化纳米递送dsRNA的细胞摄取效率,从而增强RNA药物对病原菌靶基因的沉默效果。具体而言,内吞与跨膜转运在时间上存在差异,持续RNAi处理后,若抑制其中一条途径,另一条途径在短时间内也会受到抑制,但随着时间推移,基因表达水平会有所回升。化学抑制剂实验和突变体实验也进一步支持这一结果,当内吞途径被抑制时,跨膜转运途径中的大部分基因会被激活,以维持真菌细胞正常的摄取水平(图4和图5)。


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图4 SPc通过激活内吞作用和跨膜转运途径促进菌丝细胞内化dsRNA


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图5 内吞作用与跨膜转运协同调控菌丝细胞内化dsRNA过程


基于上述机制,该研究进一步开发了高效RNA杀菌剂。在黄瓜叶片和番茄果实的保护实验中,该杀菌剂对灰霉病表现出良好的防控效果,6天内的防效分别达到90.8%和87%,与商业化杀菌剂效果相当,显示出较好的应用潜力(图6)。


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图6 SPc递送体系的润湿性能及其对叶片和果实的保护效果


本研究揭示了纳米载体介导RNA药物递送过程中内吞作用与跨膜转运的协同机制,明确了影响dsRNA细胞内化的关键调控因子,为RNA农药的科学设计和作物病害绿色防控提供了重要参考。

来源: 中国农业大学新闻网


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