基于植物介导RNAi靶向MafA基因增强水稻对白背飞虱的抗性研究

《Plant Communications》：Targeting the MafA gene using plant-mediated RNAi enhances rice resistance to white-backed planthoppers

本刊推荐：为破解水稻白背飞虱（Sogatella furcifera）防治难题，研究人员聚焦CncC/Maf信号通路调控昆虫生殖的分子机制，通过植物介导RNAi技术靶向关键基因SfMafA。研究发现沉默SfMafA可显著抑制飞虱卵子发生，降低繁殖力超90%，并成功培育出高抗虫性转基因水稻。该研究为农业害虫绿色防控提供了新靶点和关键技术支撑。

　　

在稻田生态系统中，白背飞虱（Sogatella furcifera）如同隐形的"吸血鬼"，通过刺吸水稻汁液和传播病毒病，每年造成数十亿元的经济损失。传统化学农药不仅导致害虫抗药性增强，更对生态环境和食品安全构成威胁。面对这一绿色防控难题，科学家将目光投向了一种精准的基因"沉默术"——RNA干扰（RNAi）技术。该技术通过特异性双链RNA（dsRNA）靶向昆虫必需基因，有望实现"只杀害虫、不伤益虫"的理想效果。

然而，如何筛选高效靶点并实现植物内源表达dsRNA，一直是制约RNAi技术应用的瓶颈。前期研究表明，昆虫的生殖发育相关基因是理想靶标，其中Cap"n"collar isoform C（CncC）及其异源二聚体伴侣Kelch-like ECH-Associated Protein 1（Keap1）和Maf蛋白组成的信号通路，在调控昆虫繁殖中扮演关键角色。但在白背飞虱中，这条通路的功能及其作为RNAi靶标的潜力尚属未知。

本研究通过系统解析CncC/Maf通路在白背飞虱生殖调控中的作用，成功筛选出关键靶基因SfMafA，并培育出首例靶向该基因的转基因抗虫水稻。相关成果于2026年发表在植物科学领域权威期刊《Plant Communications》，为农业害虫绿色防控提供了新范式。

关键技术方法

研究采用多组学联用策略：通过系统进化分析鉴定白背飞虱CncC/Maf通路核心基因（SfCncC、SfKeap1、SfMafA等）；利用RNAi结合RNA-seq筛选关键靶点；采用双荧光素酶报告系统验证转录调控关系；最后通过农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）介导的遗传转化构建表达SfMafA dsRNA的转基因水稻。

研究结果

基因表达谱揭示SfMafA的生殖调控特性

通过分析CncC/Maf通路基因的时空表达模式，发现SfMafA在雌成虫脂肪体和头部高表达，且表达量随发育时间动态变化。与其他基因不同，SfMafA在羽化后第5天达到表达峰值，暗示其与成虫生殖成熟密切相关。

靶向沉默验证SfMafA-SfKeap1的生殖缺陷效应

注射dsRNA沉默实验显示，仅干扰SfKeap1或SfMafA会导致飞虱卵巢发育严重受损，产卵量下降超90%，并显著抑制卵黄蛋白原（SfVg）表达。而沉默SfCncC、SfMafB等基因未产生显著影响，证明SfMafA-SfKeap1轴在生殖调控中具有独特功能。

转录组学解析下游调控网络

RNA-seq分析发现SfKeap1和SfMafA沉默共同导致42个基因下调，这些基因富集于脂肪酸代谢和卵壳形成通路。其中核激素受体SfHR3被证实为关键下游因子，其启动子区域存在CncC/Maf结合位点，双荧光素酶实验证明SfMafA可直接激活SfHR3转录。

转基因水稻展现卓越抗虫性能

成功构建24个转SfMafA dsRNA水稻株系，其中M2、M3、M12高表达株系在不影响水稻生长发育的前提下，使取食飞虱的产卵量降低至18.6-26.2粒/雌（野生型对照35.2粒），并显著抑制飞虱SfMafA和SfVg表达。转基因水稻叶片保持翠绿，而野生型植株严重枯萎。

物种特异性验证保障生物安全

转基因水稻对非靶标昆虫二化螟（Chilo suppressalis）的生长发育无影响，证实SfMafA dsRNA具有严格的种属特异性，为环境安全评估提供重要依据。

结论与展望

本研究首次阐明SfKeap1/SfMafA-SfHR3信号轴在白背飞?生殖调控中的核心作用，开创性地利用植物介导RNAi技术实现对该害虫的精准防控。转基因水稻不仅显著抑制飞虱种群增长，更展现出良好的环境兼容性，为推进RNAi技术从实验室走向田间应用奠定了坚实基础。未来研究需进一步评估田间抗性持久性，并探索该技术与其它防控策略的协同效应，助力农业可持续发展。