開發(fā)碳納米載體無需輔助實(shí)現(xiàn)siRNA傳遞至植物細(xì)胞（2020.6.26 Plant Biotechnology Journal ）

轉(zhuǎn)錄后基因沉默（Posttranscriptional Gene Silencing，PTGS）是研究和控制植物代謝途徑的重要手段，如表型鑒定，生物合成途徑調(diào)控，植物工廠生產(chǎn)，驗(yàn)證基因和蛋白質(zhì)的功能以及并病蟲害抗性等方面均有應(yīng)用。通常PTGS通過傳遞小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）來實(shí)現(xiàn)，常規(guī)植物siRNA傳遞方法主要是將siRNA編碼為DNA載體利用農(nóng)桿菌和病毒轉(zhuǎn)入植物當(dāng)中，該方法往往受限于植物種類及相關(guān)基因型。

近日，加州大學(xué)科研人員在Science Advances發(fā)表“Carbon nanocarriers deliver siRNA to intact plant cells for efficient gene knockdown”研究論文。研究人員開發(fā)在植物細(xì)胞中傳遞siRNA的納米管平臺(tái)，保護(hù)siRNA免受核酸酶降解，有效實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞內(nèi)遞送siRNA和沉默內(nèi)源基因，進(jìn)而建立依靠納米管傳遞RNA至完整細(xì)胞的植物生物技術(shù)。

納米材料介導(dǎo)的RNA和治療藥物的遞送已經(jīng)在動(dòng)物中進(jìn)行了廣泛的探索，其對(duì)植物系統(tǒng)的潛力仍未充分研究。植物細(xì)胞壁的存在有效阻礙外源生物分子對(duì)植物細(xì)胞的侵害及細(xì)胞間的傳遞，但依然存在～5到20nm的傳遞間隙。研究人員利用單壁碳納米管（single-walled carbon nanotubes，SWNT）——具有高長(zhǎng)徑比的生物相容性碳同素異形體：直徑為0.8至1.2nm長(zhǎng)度500至1000nm的圓柱形納米結(jié)構(gòu)，較小的直徑使SWNT能夠被動(dòng)穿越葉綠體包膜和植物細(xì)胞膜，同時(shí)提供大的體表面積以裝載相當(dāng)數(shù)量的siRNA，出色的生物相容性保護(hù)RNA分子免于降解。同時(shí)，通過投放量及投放時(shí)間的控制，有效實(shí)現(xiàn)多基因定時(shí)定量調(diào)控。

納米材料已經(jīng)在質(zhì)粒和蛋白遞送植物研究中取得很多進(jìn)展，該研究證明高縱橫比的單壁碳納米管可以成功遞送siRNA分子并有效沉默GFP基因并有效降低siRNA降解速率進(jìn)而提高沉默兄效果。同時(shí)，常用的陽離子納米顆粒通常有明顯細(xì)胞毒性。不帶電的SWNT表面消除了此問題，并可以進(jìn)行更高劑量或更大范圍的siRNA遞送，有望應(yīng)用于單子葉植物，非模式和難以轉(zhuǎn)化的物種。未來，SWNTs可應(yīng)用于基于核酸酶的基因組編輯——在植物中通過遞送sgRNA或瞬時(shí)核酸酶用于后續(xù)基因組編輯。甚至基于SWNT的RNA傳遞抑制或競(jìng)爭(zhēng)非同源修復(fù)途徑相關(guān)基因進(jìn)而提高同源修復(fù)效率。