曹宇虹/李家洋研究团队应用MSN纳米颗粒递送siRNA至野生稻

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介孔二氧化硅MSN （Mesoporous Silica Nanoparticle）可以用作药物递送和稳定剂。MSN作为纳米材料在植物上的应用包括作为纳米肥料及作为基因枪轰击载体进行小分子递送。多种纳米材料被报道可递送siRNA至植株，国家纳米科学中心曹宇虹研究团队已确定MSN能以30nm的粒径递送siRNA至烟草。

国家纳米科学中心曹宇虹研究团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋研究团队合作，将MSN-siRNA的递送系统应用到野生稻上，能够在野生稻上抑制落粒基因的表达。该研究利用叶面喷洒MSN-siRNA递送系统的方法，确认该递送系统能成功敲低PDS基因，野生稻叶片可通过重复喷洒维持PDS基因的持续低表达，叶片呈现白化现象。野生稻中找到4组落粒基因，其在穗中的表达随着抽穗过程急剧增加。通过将MSN-siRNA递送系统以注释的方式施加入稻穗中，持续处理至穗抽出。通过检测小穗中落粒基因的表达确定4组落粒基因均被敲低，且小穗离层的形成被成功抑制。

另外，通过RNAseq检测了MSN-siRNA递送系统对于野生稻的影响，结果发现MSN-siRNA递送系统的各种组分对于野生稻均无明显影响基因表达的情况，说明MSN-siRNA递送系统具有很好的生物相容性。此递送系统能在植物上持续重复施加，且在施加周期能持续维持靶基因低表达状态，其作用周期可控，敲低基因效率高，为植物上基因表达调控相关研究提供了一个有效工具。

图：MSN递送siRNA抑制水稻落粒的工作模式图

研究成果以“Improving Seed Shattering Resistance in Wild O. alta Rice with Mesoporous Silica Nanoparticle Delivery Systems”为题，于2024年9月5日在线发表于《Nano letters》杂志（DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c02297）。国家纳米科学中心刘祝江特别研究助理和中国科学院大学博士研究生张静昆为该论文共同第一作者，国家纳米科学中心曹宇虹研究员和中国科学院遗传与发育生物学研究所孟祥兵高级工程师为论文的共同通讯作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋院士对本研究进行了重要指导，崖州湾国家实验室崖余泓研究员参与了本研究。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青年基础研究项目的资助。