# RNAi 生物农药 喷施型双链 RNA，沉默害虫必需基因——从靶标设计到成品 dsRNA 喷剂的物种特异性生物农药体系。 Source: https://cn.bioecon.ru/technology/rnai-biopesticides/ Updated: 2026-08-18 ## 概览与价值链 标记：[EC: Farm to Fork & Sustainable Use Regulation | OECD: Agricultural Biotechnology | Regulator: EPA（美国）, EFSA（欧盟）, MoA（中国）] RNAi 生物农药利用 RNA 干扰机制：施于作物的、与害虫必需基因匹配的双链 RNA （dsRNA）被昆虫摄入，加工成小干扰 RNA，并沉默该基因，以高度物种特异性杀死害虫。 首个喷施型 dsRNA 杀虫剂直到 2023 年底才上市，但在约两年内，该品类已涵盖 5 个里程碑产品，涉及杀虫、杀螨与杀菌用途。与转基因植物内置 RNAi 不同，喷施型 dsRNA 不在作物中留下遗传改造，并在数天至数周内降解，这是其良好环境特性的基础。 核心挑战是 dsRNA 成本、环境稳定性与递送。 RNAi 生物农药的关键方向： 1. **喷施型 dsRNA 杀虫剂（Sprayable dsRNA Insecticides）：** 针对马铃薯甲虫等 咀嚼式害虫的叶面 dsRNA，现已获 EPA 登记。 2. **dsRNA 杀螨剂与杀菌剂（dsRNA Miticides & Fungicides）：** 首个 RNA 瓦螨治疗 产品已登记，RNAi 杀菌剂已推进至美国、欧盟与巴西的申报。 3. **纳米颗粒保护递送（Nanoparticle-Protected Delivery）：** 脂质与黏土纳米载体 保护 dsRNA 免于降解并提升细胞吸收。 4. **计算靶标设计（Computational Target Design）：** AI/生物信息平台在合成前筛选 物种特异、脱靶安全的基因序列。 ### 行业价值链 ``` [靶标设计] ──> [dsRNA 合成] ──> [配方] ──> [田间喷施] │ (基因沉默) │ ▼ [害虫死亡] <─── [昆虫摄入] <─────┘ ``` ### 价值链层级 | 层级 | 描述 | 关键投入/产出 | |:---|:---|:---| | **Target Discovery** | 筛选害虫必需基因 | **输入:** 害虫基因组、筛选。**输出:** 验证靶标。 | | **Sequence Design** | 设计特异 dsRNA、避免脱靶 | **输入:** 生物信息学。**输出:** dsRNA 序列。 | | **dsRNA Production** | 无细胞或发酵合成 | **输入:** 核苷酸、酶。**输出:** 批量 dsRNA。 | | **Formulation** | 稳定与递送 | **输入:** 纳米载体、助剂。**输出:** 喷施产品。 | | **Field Application** | 作物叶面喷施 | **输入:** 喷雾器、标签。**输出:** 处理田块。 | | **Pest Control** | 沉默与致死 | **输入:** 昆虫摄入。**输出:** 害虫抑制。 | 行业横切技术： - **无细胞 dsRNA 合成（Cell-Free dsRNA Synthesis）：** 酶法生产使成本与发酵规模解耦。 - **纳米颗粒递送（Nanoparticle Delivery）：** 脂质/黏土载体延长田间半衰期。 - **dsRNA 设计平台（dsRNA Design Platforms）：** 用于靶标筛选的 dsRNAEngineer 等软件。 --- ## 美国 美国在监管"首例"上领先：首个喷施型 dsRNA 杀虫剂与首个 RNA 蜂螨治疗产品均在此登记。 ### first sprayable approval, non-target safety, cell-free production - **Calantha 获 EPA 登记：** ledprona——首个喷施型 dsRNA 杀虫剂，于 2023 年 12 月针对马铃薯甲虫获登记；其沉默害虫的 PSMB5 蛋白酶体亚基基因，使幼虫停止取食。 - **非靶标节肢动物评估：** 已发表的田间研究评估 dsRNA 生物杀虫剂对非靶标节肢动物的影响，构成 EPA 生物农药评审路径的依据。 - **无细胞 dsRNA 制造：** 美国平台规模化基于 T7 RNA 聚合酶的无细胞酶法 dsRNA 合成，击穿曾使该领域停留在学术阶段的每克成本上限。 --- ## 中国 中国将强劲的 RNAi 学术研究与快速增长的国内 dsRNA 作物保护兴趣相结合。 ### design platforms, target screening, fermentation scale-up, market forecasts - **dsRNAEngineer 平台：** 西南大学（王进军团队）在《Trends in Biotechnology》发表智能 dsRNA 设计工具。 - **果树害虫关键基因 RNAi：** 国家研发子课题筛选并沉默害虫基因以保护果树。 - **学术 SIGS 靶标：** 中科院植物基因组学国家重点实验室（遗传与发育生物学研究所，北京）绘制真菌病原体（如小麦赤霉病病原 Fusarium）中必需基因的沉默靶标。 - **低成本发酵放大：** 中国团队利用核糖核酸酶 III 缺陷型大肠杆菌 HT115 菌株进行微生物发酵生产大批量 dsRNA，这是多数亚洲项目所依赖的低成本路线。 - **国内市场前景：** 中国行业报告预测 RNAi 农药市场至 2031 年快速增长。 --- ## 欧盟 欧盟强调生物防治政策与对 RNA 类产品严格的环境风险评估。 ### biocontrol policy, EFSA risk assessment, nano-formulation research - **Farm to Fork 生物防治推动：** 欧盟 Farm to Fork 战略设定到 2030 年化学农药使用量减半的目标，使物种特异的 RNAi 生物防治成为关键替代方案。 - **EFSA 环境风险评估：** 专门框架评估 dsRNA 的环境归趋与非靶标效应，要求申请者将序列与非靶标基因组比对，以排除可能引发脱靶沉默的同源片段。 - **纳米 RNAi 研究：** 欧盟团队推进用于鳞翅目害虫管理的纳米颗粒递送。 --- ## 领先企业与研究机构 | 企业 / 机构 | 国家 | 关键产品 / 平台 | 技术特征 | 2026 状态 | |:---|:---|:---|:---|:---| | **GreenLight Biosciences** | 🇺🇸 美国 | *Calantha (ledprona)* | 首个获 EPA 登记的喷施型 dsRNA、无细胞生产 | 商业化 | | **Bayer Crop Science** | 🇩🇪 德国 | *BioDirect dsRNA* | 喷施型 RNAi 作物保护项目 | 研究 | | **Syngenta** | 🇨🇭 瑞士 | *RNA 防治专利* | 用于植物害虫防治的 dsRNA 分子 | 研究 | | **Corteva Agriscience** | 🇺🇸 美国 | *RNA 生物制剂* | dsRNA 生物防治，含瓦螨 | 研究 | | **RNAissance Ag** | 🇺🇸 美国 | *dsRNA 平台* | 小菜蛾 dsRNA 生物农药中试 | 中试 | | **Southwest University** | 🇨🇳 中国 | *dsRNAEngineer* | AI dsRNA 设计平台 | 研究 | --- ## 技术栈与创新 该技术栈结合低成本 dsRNA 生产、保护性递送与计算设计。 1. **无细胞 dsRNA 合成（Cell-Free dsRNA Synthesis）：** - 基于 T7 RNA 聚合酶的酶法体外转录使产量与发酵产能解耦。 - 降低每克成本——田间规模 RNAi 的主要障碍。 2. **纳米颗粒递送（Nanoparticle Delivery）：** - BioClay 平台——由昆士兰大学开发的层状双氢氧化物（LDH，Mg/Al）纳米黏土——以静电结合 dsRNA，保护其免受核酸酶与紫外线损伤。 - 脂质与黏土纳米载体提升表皮与肠道吸收以延长田间药效。 3. **计算靶标设计（Computational Target Design）：** - dsRNAEngineer 等平台挑选必需、物种特异的基因。 - 多靶标堆叠——同时瞄准多个必需基因的 dsRNA——降低抗性风险；序列对照非靶标基因组筛选以限制脱靶效应。 --- ## 价值链与生产流程 ### 喷施型 dsRNA 产品的工业流程（EPA FIFRA 登记） ``` ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 1. 靶标基因发现 │ ───> │ 2. dsRNA 序列设计 │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ │ ▼ ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 4. 配方与递送 │ <─── │ 3. dsRNA 生产 │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ │ ▼ ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 5. 登记与安全 │ ───> │ 6. 田间施用 │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ ``` #### 阶段 1：靶标基因发现 害虫基因组与功能筛选识别其沉默对目标昆虫致命的必需基因。 #### 阶段 2：dsRNA 序列设计 生物信息平台设计与靶标基因匹配的 dsRNA，并对照非靶标物种筛选以限制脱靶效应。 #### 阶段 3：dsRNA 生产 无细胞酶法合成或发酵生产批量 dsRNA，每克成本是关键经济约束。 #### 阶段 4：配方与递送 将 dsRNA 与纳米颗粒载体及助剂结合，以抵抗降解并改善害虫摄入。 #### 阶段 5：登记与安全评估 监管机构评估环境归趋与非靶标节肢动物安全；EPA 于 2023 年 12 月登记了首个此类产品（Calantha）。 #### 阶段 6：田间施用 成品喷施于作物，由取食昆虫摄入，沉默靶标基因以抑制害虫种群。