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Journal of Nanobiotechnology在线发表研究论文Barrier to bypass: a PEI-functionalized star polycation platform for potent broad-spectrum aphid RNAi management。该研究通过对星形阳离子聚合物SPc进行聚乙烯亚胺（PEI）功能化，构建了一种可跨越多重生物屏障的dsRNA纳米递送平台，并在此基础上开发出对多种蚜虫具有广谱防控效果的RNA农药，系统解析了PEI功能化增强RNA细胞内化的分子机制，为RNA农药的高效递送提供了新思路。
蚜虫是农业生产中的重要害虫，可危害多种作物并传播病毒，严重制约作物产量和品质。RNAi技术为害虫绿色防控提供了新策略，但外源dsRNA在田间易被核酸酶降解，且难以穿越叶片表面、昆虫表皮和细胞膜等多道生物屏障，稳定递送与高效内化是限制RNA农药应用的核心瓶颈。围绕这一难题，团队在SPc递送载体的基础上引入聚乙烯亚胺（PEI）进行功能化改造，力求让RNA农药"送得稳、进得去、杀得准"（图 1）。
图1 SPcP3纳米载体构建、递送及蚜虫防控示意图
团队研究结果表明，SPcP3与dsRNA通过静电作用、氢键和范德华力组装形成紧凑的球形纳米复合物，显著提高了dsRNA在核酸酶、高温和极端pH条件下的稳定性。在稳定递送的基础上，SPcP3进一步改善了dsRNA在叶片表面的沉积、蚜虫表皮的渗透和细胞内的摄取，其细胞摄取效率较裸dsRNA提高26.5倍，并增强了靶基因沉默效率，从而提升了RNAi介导的杀虫活性（图2和图3）。
图2 SPcP3提升dsRNA的叶面润湿性、持留量与植物吸收
图3 SPcP3增强dsRNA在蚜虫表皮的渗透和细胞内递送
转录组分析进一步揭示了SPcP3增强递送的分子机制。研究结果表明，SPcP3介导的递送增强来源于对内吞作用、囊泡转运、溶酶体相关过程及跨膜转运的协同激活，与PEI的"质子海绵"效应相一致（图 4）。
图4 SPcP3增强细胞摄取的转录组分析
基于上述机制，该研究进一步开发了多靶点RNA农药。团队筛选出5种重要蚜虫中ATP合成酶（ATP-d）、几丁质合成酶（CHS）和蜕皮激素受体（EcR）三个基因的保守序列，组装成多靶点shRNA配方（shRNAs/SPcP3）。室内喷施实验表明，该配方对5种蚜虫表现出良好的广谱防控效果，防效达87.3%–96.9%，且对黄瓜生长、天敌异色瓢虫及Sf9细胞均无明显不良影响，显示出较好的应用潜力（图 5）。
图5 多靶标shRNAs/SPcP3对五种蚜虫的广谱防控效果
本研究揭示了PEI功能化纳米载体突破RNA农药多重递送屏障的内在机制，构建了可规模化、环境友好的广谱蚜虫RNA农药递送平台，为RNA农药的科学设计和农业害虫绿色防控提供了重要参考。
论文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s12951-026-05180-w
来源: 中国农业大学
