2024年4月,RNA動(dòng)植物保護(hù)劑(生物制造)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在上海成立,為中國農(nóng)業(yè)的綠色高質(zhì)量發(fā)展注入新動(dòng)力。QYResearch(恒州博智)調(diào)研顯示,2023年全球RNA生物農(nóng)藥市場規(guī)模大約為1.16億美元,預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到2.09億美元,2024—2030年間復(fù)合年增長率(CAGR)達(dá)8.8%。
基于RNA干擾(RNAi)技術(shù)創(chuàng)制的新型核酸農(nóng)藥被稱為農(nóng)藥史上第三次革命,特別適用于那些頑固的、抗性極強(qiáng)難以防治的重大病蟲害防治。采用RNAi進(jìn)行防治的優(yōu)勢在于不易形成抗性;無需海量匹配與篩選,可以根據(jù)特定基因定制開發(fā),研發(fā)成本低,從設(shè)計(jì)到進(jìn)入田間測試僅需要3~6個(gè)月;且RNA是有機(jī)物,在環(huán)境中可以降解并被作物吸收利用,對環(huán)境友好。
核酸農(nóng)藥主要通過沉默病蟲害的關(guān)鍵基因來達(dá)到防治效果。目前,核酸農(nóng)藥主要有兩種應(yīng)用方式:一種是基于轉(zhuǎn)基因作物的植物衍生保護(hù)劑,另一種是直接將雙鏈RNA(dsRNA)制成噴霧劑,噴灑在作物上以控制害蟲。
1 轉(zhuǎn)基因植物介導(dǎo)RNAi的應(yīng)用
2017年孟山都表達(dá)昆蟲雙鏈RNA的抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米獲得美國環(huán)境保護(hù)署批準(zhǔn),一下子給農(nóng)化行業(yè)帶來新希望。RNAi轉(zhuǎn)基因作物是通過轉(zhuǎn)基因的方法,在植物中導(dǎo)入表達(dá)害蟲干擾RNA的載體,當(dāng)害蟲取食轉(zhuǎn)基因植物后,干擾RNA可以通過食物鏈進(jìn)入害蟲體,影響害蟲生長代謝,達(dá)到抗蟲的效果。
例如美國孟山都公司通過將蘇云金桿菌基因插入棉花植株,成功研發(fā)出轉(zhuǎn)基因棉花。在田間試驗(yàn)中,轉(zhuǎn)基因棉花的葉片受損面積比正常植株減少了46%~53%,單鈴重量較正常植株增大了48%,有效減少了綠盲蝽對棉花產(chǎn)量和質(zhì)量的損害。此外,借助轉(zhuǎn)基因棉花表達(dá)真菌vdH1基因的dsRNA能夠成功運(yùn)輸?shù)秸婢?xì)胞中,阻礙真菌的繁殖,從而提高對大麗輪枝菌的抗性。
拜耳、先正達(dá)等國際農(nóng)藥公司投入大量的人力和財(cái)力,并掀起了研發(fā)和商品化轉(zhuǎn)基因植物的熱潮。目前,拜耳公司在轉(zhuǎn)基因玉米方面的研發(fā)已取得了顯著成果,并基本投入商業(yè)化生產(chǎn)。
2 借助于噴灑載體的RNAi的應(yīng)用
借助于噴灑載體,遞送RNA的方式在甲蟲類害蟲中效果更明顯,部分原因在于甲蟲類具有較少的RNA降解酶,保證了RNAi制劑的穩(wěn)定性。
2019年,拜耳公司申請了噴灑型dsRNA用于防治蜜蜂狄斯瓦螨的產(chǎn)品登記。2023年12月,美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)已批準(zhǔn)登記全球首款噴灑型RNA生物農(nóng)藥Ledprona,登記有效期為3年,Ledprona是一種噴灑用dsRNA產(chǎn)品,主要用于防治科羅拉多馬鈴薯甲蟲,這是一種抗藥性日益嚴(yán)重、國際公認(rèn)的馬鈴薯重要?dú)缧詸z疫害蟲。在防治植物病害方面,GreenLight Bioscience(美國綠光生物科學(xué)公司)宣布正在積極研發(fā)基于RNAi策略防治白粉病和灰霉病的噴霧型產(chǎn)品,預(yù)計(jì)于2025年作為第一款RNAi殺菌劑進(jìn)行批準(zhǔn)上市。2024年4月,硅羿科技(上海)有限公司申報(bào)的《黃曲跳甲核酸干擾素母藥(暫定名)》和《馬鈴薯甲蟲核酸干擾素母藥(暫定)》兩個(gè)項(xiàng)目獲得立項(xiàng)。
在未來幾年內(nèi),我們可能會(huì)看到更多基于RNAi的生物農(nóng)藥問世,特別是在防治抗藥性強(qiáng)、難以控制的害蟲和病害方面,它們將發(fā)揮越來越重要的作用。這不僅將為全球農(nóng)業(yè)提供一種更環(huán)保、更高效的解決方案,還可能改變傳統(tǒng)農(nóng)藥市場的格局,引領(lǐng)農(nóng)業(yè)邁向一個(gè)更加可持續(xù)和健康發(fā)展的新時(shí)代。