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）。
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。
图2 菌丝细胞内化dsRNA的分子途径和过程
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）。
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
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）。
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
