抗击病虫害的新式武器：RNA疫苗

每年，世界上20%至40%的粮食作物因植物病虫害而损失。根据联合国粮食及农业组织的数据，这使得8.21亿人没有足够的食物可吃，并使全球经济损失约2200亿美元。

气候变化加剧了病虫害的蔓延，对粮食供应产生了巨大影响，改变了生态系统，并创造了新的有利条件，使这些害虫得以繁衍。在生态系统改变的推动下，害虫很可能扩大其范围。由于这些对粮食安全的严重威胁，科学家们一直在寻找可持续的解决方案来保护作物。

来自德国哈雷-维滕贝格马丁路德大学的Sven-Erik Behrens领导的研究小组宣布，开发出一种快速可靠的方法来制造植物的"疫苗"。它可以像杀虫剂一样喷洒上去，甚至像动物疫苗一样注射进去。

它的工作原理是使用一种叫做RNA干扰（RNAi）的系统。RNAi可以被认为是一种免疫系统：细胞识别不是自己的双链RNA，就像病毒试图接管一个细胞，并将RNA切成小片段。然后，细胞使用这些片段来识别和阻止进一步的病原体活动。有趣的是，真核细胞--如动物、植物和真菌--也使用RNAi来调节自己的基因，识别并抑制自己的RNA。这可以关闭甚至微调基因的表达，就像灯上的调光开关一样。

Behrens小组利用培养的烟草植物细胞和来自TBSV的双链RNA在实验室中重新创建了RNAi机制。然后，他们寻找在烟草中产生最强RNAi反应的病毒RNA。一旦确定，他们就进行了"疫苗接种"实验，将该RNA注射到未感染的烟草植物中。他们发现，接种了最强疫苗的植物受保护率达到90%。

到目前为止，RNAi疫苗接种的尝试都是基于基因工程的植物基因组来表达通常只在害虫身上看到的特定RNA，所以它们生长时已经接种了疫苗。2017年，美国环境保护局批准了一种专门针对玉米根虫的基因工程玉米。然而，即使转基因生物被公认为是安全的，但在一些国家，人们对其使用也存在担忧。已经禁止转基因生物的国家寻求非转基因的、可持续的替代品，用于可以减少农药使用的虫害管理策略。通过将化学杀虫剂典型的喷洒式简易应用与基因工程提供的精确性相结合，基于RNAi的植物"疫苗"代表了非转基因的可持续选择。

给植物"打疫苗"的主要优势之一是：RNA分子可以通过局部施用，如喷雾、茎部注射、根部淋洗或种子处理等方式，从外部给植物注射。这种简单的递送方法给RNAi植物"疫苗"带来了另一个好处：灵活性。病毒和病原体不断变异以适应不断变化的环境；与基因编辑所需的费时费力的程序相比，设计一种量身定做的RNA"疫苗"将更快、更容易。这对于多年生作物，如葡萄树、柑橘树和苹果树来说将是一个优势，因为这些作物往往需要多年的实验，而且基因改造的成本很高。RNAi"疫苗"也具有高度的特异性：只有目标病原体受到处理的影响，而对其他生物的不良影响预计是有限的。

植物疫苗接种将为许多受到病毒威胁的重要粮食作物，如水稻、小麦、玉米、红薯、木薯和香蕉带来巨大的变化。例如，在受木薯花叶病影响的木薯植株中已发现至少有10种不同的病毒，该病在东非和中非以及最近在东南亚造成了严重的产量损失和饥荒，威胁着全世界8亿人的生计。

由于害虫等真核生物利用RNAi来微调或关闭自己的基因，所以可以用来对付它们。虽然RNAi不能直接用来对付感染植物的细菌（因为细菌不使用RNAi），但可以用来控制它们的昆虫载体，因为昆虫载体会携带细菌，将细菌从受感染的植物运送到健康的植物上。如果昆虫啃食了携带RNA的植物，关闭了昆虫生活所需的基因，RNAi就会像一种有针对性的、可生物降解的杀虫剂一样发挥作用。

这对于叶缘焦枯病菌来说将是非常有用的，叶缘焦枯病菌会在不同的植物物种中引起一系列的疾病，比如葡萄的皮尔斯病、柑橘萎缩病和橄榄快速衰退综合症。叶缘焦枯病菌最近在意大利南部的阿普利亚地区蔓延，它正在摧毁百年橄榄树，威胁当地经济。然而，据估计，属于82个植物科的多达563种植物可以寄生这种细菌。特别是通过以汁液为食的昆虫传播，美洲的主要是叶蝉，欧洲的主要是沫蝉。到目前为止，除了预防和遏制措施外，还没有已知的治疗叶缘焦枯病菌的方法。但是，RNAi处理已经能够保护作物免受叶缘焦枯病菌昆虫载体的侵害，因此也可能成为控制细菌感染的工具。

需要进一步的研究来了解RNA分子如何能够大量、工业化生产。然而，RNAi植物"疫苗"被证明是一种高度工程化的可持续方法，可以保护粮食作物。也许很快，我们就会看到农作物喷洒器里装满了RNA。

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