RNA干扰（RNAi）广泛应用于基因功能研究、作物改良及植物抗逆性提升，其在植物中的成功应用依赖于双链RNA的有效递送。传统RNAi递送方法如基因枪法和病毒诱导基因沉默（VIGS）存在物种依赖性、效率低及一些潜在风险。近年来，基于纳米颗粒的RNAi系统（NP RNAi）因其物种非依赖性和高效性受到关注，但其系统性基因沉默效果及生物安全性仍需验证。因此，开发一种环境友好、物种独立且空间灵活的植物系统 RNAi 方法以增强植物性状并提高作物生产力至关重要。

近日，袁吉锋教授团队与福州大学杨黄浩教授团队、韩霄教授和中国农业科学院生物技术研究所谷晓峰教授等合作在植物生物技术领域顶刊Plant Biotechnology Journal发表题为“Beyond species and spatial boundaries: Enabling long-distance gene silencing in plants via guanidinium-siRNA nanoparticles”的研究论文。该研究开发了一种基于胍基-siRNA纳米颗粒（Gu+-siRNA NPs）的全新递送系统，成功实现跨物种、长距离、多基因同步沉默，为农业生物技术开辟了新途径！

在农业生物技术领域，RNA干扰（RNAi）技术虽能精准调控基因表达，但长期受限于物种依赖性和局部作用的难题。植物具有木质部和筛管等长距离运输系统，这些系统在物质传输和信号调控中发挥核心作用，同时承载大量游离RNA，参与植物发育的多种生物学过程。即使是嫁接的植物也可以通过这个维管系统递送外源 RNA，这是植物中系统性 RNAi 递送的天然高速公路。基于此，研究者假设 NP RNAi 与植物长距离运输系统相结合可能是一种系统基因沉默的物种独立且空间灵活的方法。

图 Gu⁺-siRNA NPs在植物中系统递送 RNAi 的示意图

本研究创新性地设计了一种全新递送系统，利用硫醇化siRNA纳米粒子——含有胍基（Gu+）的二硫键组装siRNA（Gu+-siRNA），显著提高了siRNA的生物可利用性和长距离运输效率，实现了系统性基因沉默，为推进农业生物技术、增强作物抗逆性及提高农业生产效率提供了重要工具。实验结果显示该系统具有以下特点：跨物种通用：在单子叶水稻和双子叶拟南芥中均实现高效基因沉默，打破传统RNAi技术物种限制。靶向水稻GD1基因（调控发芽）和EIL1/EIL2基因（抗盐胁迫），显著抑制发芽并提升50%盐胁迫存活率。长距离运输：纳米颗粒通过植物维管系统（如韧皮部），实现从根部到茎尖（或叶片到根尖）的全身基因沉默。在拟南芥中，根部递送纳米颗粒可沉默茎尖STM基因（调控叶片分化），抑制85%真叶生长。多基因同步调控：同时沉默拟南芥根部分化基因WER和MYB23，促进根毛生长，为复杂性状改良提供新工具。高稳定性与安全性：纳米颗粒在极端pH（5-9）、温度（4-37℃）和盐浓度（0.5%-3%）下保持稳定，生物毒性低，适配复杂农田环境。

厦门大学博士生林抒今、中国中医科学院中药研究所青蒿素研究中心张倩和福州大学博士生柏诗妍为论文共同第一作者。厦门大学袁吉锋教授、福州大学杨黄浩教授、韩霄教授和中国农业科学院生物技术研究所谷晓峰教授等为该研究工作的共通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划(2024YFC3407000)、生物育种重大项目以及中国农业科学院青年创新项目的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14575

（文/图 袁吉锋教授课题组）