Nature子刊：層狀納米材料LDH對植物抗病毒用RNA干擾葉面噴劑的長效保護作用

【引言】

在全球氣候變暖的大趨勢下，農作物病毒的危害范圍也隨之擴大，嚴重威脅著世界糧食產量的安全線。現有的對抗措施除了農作物自身具備的基因抗性外，主要依靠農藥噴灑和轉基因技術，但是傳統農藥對環境破壞很大且效率低下，而對轉基因技術的實際應用尚存在極大爭議。RNA干擾技術在抗病毒方面有著成熟穩定的表現，并且安全環保。局部噴灑雙鏈RNA作為替代轉基因植物的方案已經在防治蟲害方面獲得了進展。我們由此對該技術在防治病害上的應用開展了研究。其中，保證RNA在日常環境下的穩定性是成功應用本技術的關鍵。因此本研究的重點集中在利用一種合成的層狀粘土納米材料（layered double hydroxide, LDH）來負載大分子量雙鏈RNA作為抗病毒葉面噴劑，探討LDH對RNA的保護作用，以及對比LDH-RNA和裸RNA在病毒抗性上的表現。

【成果簡介】

2017年1月9日，澳大利亞昆士蘭大學Neena Mitter博士和許志平教授 （共同通訊作者）在Nature Plants發表題為“Clay nanosheets for topical delivery of RNAi for?sustained protection against plant viruses”的文章，以一種合成的層狀粘土納米材料（LDH）利用靜電作用負載大分子量雙鏈RNA，為其提供在日常環境下的持續保護，使其在作為農作物抗病毒葉面噴劑時有長期穩定的表現，同時可以顯著降低使用成本。

【圖文導讀】

圖1 層狀LDH納米材料的理化性質以及對RNA負載的飽和比例

a) 透射電鏡照片；

b) 紅外衍射圖譜；

c) 不同質量比下的LDH對RNA的負載

圖2 LDH分解/RNA釋放實驗以及RNA吸收/RNA干擾的啟動

a) 在相對濕度95%，二氧化碳濃度5%條件下，LDH在離株獨立培養的煙草葉面上的加速降解：通過ICP表征在第1、3、5、7天洗出葉面殘留LDH溶解后的鎂鋁離子量觀察葉面LDH的降解；

b) 對比CMV2b-dsRNA在5%二氧化碳環境下和日常環境下的釋放：通過電泳圖證明，高二氧化碳環境下，dsRNA的釋放明顯多于日常環境下的釋放；

c) 不同物質處理過的12日齡苗的葡糖苷酸酶活性：結果可見，被GUS-dsRNA和GUS-dsRNA-LDH處理過的苗有著明顯降低的GUS活性，說明由LDH負載的RNA同裸RNA一樣可以被吸收并應用于RNA干擾過程。

圖3 LDH-RNA的在葉面的附著力與穩定性

a-d) 噴灑24小時后，葉面受沖洗前后的共焦顯微圖像；

e) 經RNA酶處理后的LDH-RNA與裸RNA的電泳圖：裸RNA基本被RNA酶降解，LDH-RNA中的RNA幾乎沒有被RNA酶降解；

f) 葉面經分別噴灑LDH-RNA與裸RNA，靜置20天后的電泳圖：裸RNA在20天后基本完全降解，LDH-RNA在20天后仍有大量殘留。

圖4 LDH-RNA的病毒抗性—局部損傷測試

a) CMV 病毒接種至雙葉期豇豆；

b) PMMoV 病毒接種至煙草；

c,d) 經不同物質處理后5天、20天，再以PMMoV病毒感染的煙草葉面：20天后，裸RNA處理的葉面出現病害斑點，LDH-RNA處理的葉面仍然保持健康。

圖5 LDH-RNA對病毒抗性的長期及系統有效性

a) LDH、裸RNA及LDH-RNA處理后呈CMV陽性的植物比例；

b,c) 水或LDH-RNA處理后，以CMV病毒感染未噴施藥劑的新生葉片的ELISA結果

圖6 LDH-RNA和裸RNA對病毒小干擾RNA表達的抑制

a) LDH-RNA和裸RNA施用時間及CMV接種時間的圖像化描述；

b) 經LDH-RNA和裸RNA處理后，在CMV-RNA的各片段中，同病毒感染有關的含21,22和24個核苷酸堿基的小RNA數量被發現有明顯的降低；

c) 各片段中含21,22和24個核苷酸堿基的小RNA數量的柱狀圖。

【小結】

繼許志平教授于2009年報道LDH負載小分子量RNA的醫學應用（引用文獻32）后，本研究以合成的層狀納米材料LDH負載大分子量雙鏈RNA，在納米材料尚集中在醫學領域應用的大環境下，于農用納米材料領域取得了新的重大突破。本成果以納米材料為載體，為RNA在日常環境下提供了長效可持續的保護作用以及觸發性釋放機理，并且不影響RNA的抗病毒表現；既規避了轉基因植物的爭議，也降低了RNA干擾技術在農業領域的應用成本。

文獻鏈接：Clay nanosheets for topical delivery of RNAi for?sustained protection against plant viruses

許志平教授課題組鏈接：http://www.nanomac.uq.edu.au/gordon-xu

本文由澳大利亞昆士蘭大學生物工程與納米技術研究所李鵬博士投稿，材料牛編輯曉fire編輯整理。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷！