近日，国际权威期刊《自然通讯》（Nature Communications）在线发表了来自中国农业大学植物保护学院王晓丹/闫硕课题组合作的题为“一种自组装多组分新型纳米生物保护制剂对马铃薯晚疫病的高效绿色防控研究（High-efficiency green management of potato late blight by a self-assembled multicomponent nano-bioprotectant）”的研究论文，创制了一种基于dsRNA和植物免疫诱抗剂的自组装多元纳米新型生物制剂，可高效防治马铃薯晚疫病，并解析了其增效机理，在病害防治领域展现出广阔的应用前景。

由致病疫霉菌（Phytophthora infestans）引起的晚疫病（Potato late blight）是一种马铃薯毁灭性病害。RNA农药被誉为第三次农药革命，它基于RNA干扰（RNA interference，RNAi）原理，人为设计合成靶向有害生物关键基因的干扰物，进而抑制有害生物基因表达实现防控目的，具有特异性强、安全性高、适用性广、残留污染少等优点。由此提出了喷洒诱导基因沉默（Spray-induced Gene Silencing，SIGS）技术，通过外源喷洒RNA农药的方法防治病虫害，更符合产业化发展方向，在病虫害防控领域被寄予厚望。

然而，相较于其它植物病原菌，利用SIGS技术防治致病疫霉更为困难，原因在于致病疫霉对环境RNA吸收效率极差，严重影响了RNAi效果，因此限制了RNAi技术在卵菌防控技术上的应用。此外，RNA农药在环境中存在易降解的问题，即dsRNA喷洒后可能因环境中的RNA酶、紫外线辐射等发生变性或降解，存在RNAi持效期较短、效果不稳定等瓶颈问题。本次研究成果有望推进RNA农药瓶颈问题的解决，较大限度释放其潜力。

团队前期研究表明，星状阳离子聚合物 (Star polycation, SPc)是一种结构简单、成本低廉的纳米材料，通过氢键、范德华力和静电吸附等分子间作用力来装载药物，形成稳定复合体，减小其粒径至纳米级并大幅提升药效。在本研究中，引入纳米载体SPc作为高效运载工具，增强了dsRNA的稳定性，使其免于酶解，并有效促进其在卵菌及植物细胞的递送效率，扩大了RNAi的应用范围。SPc负载dsRNA成功克服了致病疫霉菌的递送瓶颈，显著抑制其侵染并延长了RNAi保护窗口期（图1）。同时，团队构建了一种新型pET28-BL21(DE3)RNaseIII大肠杆菌表达系统，其dsRNA表达效率是L4440-HT115(DE3)的3倍以上，该系统为大规模合成dsRNA提供了一种低成本、高效率的新方法。作者在此表达系统中同时表达两个靶向晚疫病菌不同侵染阶段的目标基因dsRNAs，实现了低成本、量产以满足田间施用需求。

另一方面，植物免疫诱抗剂纤维二糖可有效激活植物防御信号，相较于单独施用纤维二糖，SPc负载纤维二糖明显增强了植物的系统防御反应，上调了植物内吞作用及免疫相关基因表达，以及提高了植保素含量。在此基础上，作者研究使用SPc同时装载dsRNA和纤维二糖，从抑制病原菌和提高植物防御两个角度增强抗菌活性。研究表明，SPc通过疏水作用和静电作用与dsRNA和纤维二糖自组装成一种新型纳米级多元生物制剂(图2)。该多元纳米生物制剂在温室和田间条件下均具有显著的保护效果，防治效果媲美商业杀菌剂，可实现马铃薯晚疫病的可持续绿色管理(图3）。该研究首次成功应用多组分纳米生物保护剂控制植物病害，前期纳米农药的系列化研究提示了新型功能化纳米制剂的应用前景，有望发展为一种通用农药/药物设计和破坏性植物病虫害的绿色管理策略，助力农药“减施、增效”的国家重大战略需求。

我院王晓丹副教授和闫硕副教授为该论文的共同通讯作者，博士研究生王玉玺和已毕业博士研究生李名珊为该论文的共同第一作者。英国邓迪大学Paul Birch和Stephen Whisson教授、北京化工大学尹梅贞教授等人参与了该研究，窦道龙教授和沈杰教授给予重要指导。相关工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。

图1 SPc保护并高效递送dsRNA进入晚疫病菌及植物细胞

图2 多元纳米生物制剂的自组装机制

图3 多元纳米生物制剂在温室和田间的保护效果