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RNAi 生物农药这项颠覆性新技术被誉为“农药史上又一次技术革命”，是目前最具发展潜质的农作物保护产品之一。 RNAi（RNA干扰）指的是，双链 RNA（dsRNA）引起 mRNA 发生特异性降解，导致其相应基因沉默的现象。因此，使用 RNAi 技术便可以特异性关闭特定基因的表达。利用这个原理，可抑制昆虫某些基因，导致其发育异常或死亡，由此实现生物防治。 与传统农药相比，RNAi 农药具有显著优势：高度特异性，不影响非靶标生物；无环境毒性，能通过天然途径降解为核酸；可对所有有害生物物种进行开发，开发周期短，靶标变更灵活；用量极低，每公顷作物的防治用量在 2~10g；此外，该方法为非转基因，不涉及作物基因的修饰。 dsRNA 是 RNAi 生物农药的核心成分，其合成工艺的发展成熟是促成RNAi生物农药推广和产业化应用的关键。目前国内核酸原料的合成途径主要为试剂盒合成和化学合成，但两者的成本与规模皆不能满足商业化需求。 上海植生优谷生物技术有限公司（以下简称“植生优谷”）将微生物发酵与无细胞合成体系相结合，进行具有独特优势的核酸规模化、高效率、低成本生产。目前已实现克级合成，每克成本低于 100 元人民币，正在放大到百克级生产规模。该公司位于嘉定工业园的中试基地已基本建设完成，计划一年内实现公斤级以上的生产规模。 植生优谷的技术依托于中国科学院分子植物科学卓越创新中心苗雪霞研究员的团队研究成果。苗雪霞研究方向主要为植物内源抗虫基因的生物学功能及分子调控机理、害虫防治关键靶标基因的作用机理及应用。近日，生辉 Agri Tech 对苗雪霞进行了专访，聊了聊 RNAi 的技术与产业化。
（来源：受访者提供） 已建立超过十种害虫靶标基因库“基于 RNA 干扰的杀虫剂研发是我们的重要研究方向。”苗雪霞介绍说，“公司的创立是建立在十几年的研发经验之上。”作为国内最早涉足该领域，也是成果最为显著的团队之一，该团队累计获批研究经费超 1500 万元，已申请专利 31 项，获得授权专利 8 项（其中美国授权专利 1 项）。随着靶标基因库与 dsRNA 生产体系的建立，“2020 年 8 月，在投资人的帮助下，植生优谷成立。” 植生优谷的主营业务包括：1）基于 AI 体系的农业病虫害 RNAi 靶标基因智能化筛选系统；2）dsRNA 低成本规模化生产系统；3）新型环保的 dsRNA 递送系统以及 RNAi 生物农药全链条研发及生产工艺。另外，基于公司现有研发及生产平台，也在进行 mRNA 疫苗上游原材料及核酸类农药的原药生产。苗雪霞表示，“植生优谷在每一方面都有自己的优势”。 RNAi 农药的关键是找到有效靶标。 筛选靶标基因的步骤可分为转录组测序、针对不同害虫的生理或为害特点找到影响某一生理过程（如生长、发育、繁殖）或特定发育期（如幼虫或成虫）的特异基因。“筛选靶标基因的原理很简单，但避开天敌昆虫的靶标，以及对更加有效的靶标类型的把握，需要一定技术与积累，我们在此方面有很多经验和优势”。以黄曲条跳甲为例，该团队筛选了 10 个靶标，其中两个靶标的杀虫效果特别显著，大大减少了工作量。 靶标基因开发周期一般情况下较短。若对于尚没有转录组的害虫进行从头筛选，转录组测序通常需要一到三个月；根据经验寻找潜在靶标；同时，可以准备试虫以备后续测试。测试阶段的时间则主要取决于昆虫生长周期，少则几天，如蚜虫；而有的昆虫生长周期长达一年，一旦错过，只能第二年再试。 苗雪霞介绍，其公司目前已建立起十几种害虫的靶标基因库，重点为农业生产上难以解决的害虫，如已对多种农药产生抗性的蔬菜害虫黄曲条跳甲；桃蚜等蔬菜蚜虫；棉蚜等一些非粮食作物害虫；小麦害虫。根据客户的诉求，该公司也计划未来对叶螨（即红蜘蛛）、粉虱、蓟马等害虫进行靶标基因筛选。
▲图 | 植生优谷 RNAi 农药高通量靶标基因筛选方案（来源：受访者提供） 攻克核酸降解难题，24h 防治效果超 90%dsRNA 的生产直接决定着 RNAi 农药的应用程度，也是国际上竞争的热点。 dsRNA 可利用微生物发酵与体外无细胞合成两种生产方式。植生优谷各取其优，将两种方式结合使用：利用发酵生产上游原材料，大幅度减少了原料成本；随后，通过体外无细胞方式合成 dsRNA。 目前，植生优谷可以在实验室条件下完成克级数量的生产；对于公斤级的订单，苗雪霞表示将在中试车间建成后完成。在纯度上，小量的生产可以做到几乎没有杂质，大量生产的纯度约 60-70%。 “室内条件下，合成每克 dsRNA 的成本低于 100 元。”苗雪霞表示，根据核算，中试目标是实现每克低于 10 元，“最佳情况是 3-6 元。”
▲图 | 植生优谷 RNAi 农药原药及制剂（来源：受访者提供） 诚然，RNAi 农药环境友好，可自然降解为无害的核酸分子，但这也意味着其稳定性低、作用效率和效果难以保障。dsRNA 可以在没有辅助剂的裸露状态下渗入昆虫体壁或通过取食吸收到体内，因此，提高稳定性是递送与施用中的最关键问题。 不同于使用更多的纳米材料，植生优谷使用了离子配位螯合技术来稳定 dsRNA 分子。“监管部门或许对于纳米材料抱有一些疑虑”，苗雪霞对此解释道，“因此我们从常用于田间喷洒的材料中筛选了更加安全且方便使用的离子配位稳定剂，大大提升其稳定性。” 经稳定处理的 dsRNA，其活性可保持 15 天以上，半衰期 20-30 天；且在强光照射、紫外线照射、酸碱处理的条件下，依然具有良好稳定性。“对于主要在作物苗期为害的棉蚜，一个月左右进行一到两次的喷施可基本解决。” dsRNA 被昆虫吸收后，在成功进入细胞发挥作用前，还面临着肠道中的降解酶。针对这一障碍，苗雪霞介绍说该公司研发了有效解决方案，其“递送系统具有保护和递送的双重功效。”除了保护 dsRNA 的成分，dsRNA 也被设计成特殊结构，两方面措施的结合延缓了 dsRNA 在昆虫体内的分解速率，未及时分解的 dsRNA 便可逃过降解系统进入细胞发挥干扰功能。虽然不能完全避免 dsRNA 的降解，但“干扰机制效率极高，即使只有不到 50% 的 dsRNA 进入细胞，也可立即发挥作用。” 物种、靶标的不同，致死率有所不同。对蚜虫的致死率相当于传统农药，达 90%；对于黄曲条跳甲，该团队在今年十月于广州进行的大规模田间试验表明，以防治效果计算，在 24 小时内达到 92%。
▲图 | 植生优谷 RNAi 农药田间进行黄曲条跳甲的防治（来源：受访者提供） 针对同一种昆虫不同靶标的 dsRNA 可混配使用，这也是别的农药无法实现的优势。传统农药混配的有效成分不能超过三种，但鉴于 dsRNA 的特殊性，苗雪霞表示正在与相关机构沟通，希望尽早制定 RNAi 农药的行业标准。 着力降低成本，融资正在筹备中在 RNAi 农药这一新兴领域，产品由以美国为主的几家国外巨头公司主导。第一款申请注册的外源性应用 dsRNA 生物杀虫剂由拜耳推出，用于防治蜜蜂瓦螨，预计 2024 年上市。 进展最快的 GreenLight 已将每克 dsRNA 价格降低至 0.5 美元，按照每公顷 2-10g 用量计算，该价格完全可以做到商业化并且十分具有吸引力。2021 年 6 月，GreenLight 向 EPA 递交了用于防治马铃薯甲虫的外源性应用的dsRNA生物杀虫剂实验性应用许可申请，预计 2023 年实现商业化；2021 年 8 月，该公司凭借其创建的无细胞 RNA 制造平台，实现了 dsRNA 大规模生产，在无任何产品商业化的背景下，通过 SPAC 交易合并上市，估值 15 亿美元。该公司 2022 年 8 月的年报披露，其第一款基于喷洒的 dsRNA 杀虫剂将于近期获批上市，或将成为全球第一款喷洒型 RNA 生物农药。 而国内，虽有科研机构正在进行相关研究，但成果均未有实质性商业转化。植生优谷在积极筹划中试车间、药证申请的同时，也正在与投资方沟通，计划释放一部分股权进行融资。苗雪霞透露，已有投资方有明确投资意愿，但具体融资规模与股权释放量尚在洽谈中。 |
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