Bt水稻对天敌的长期生态效应及基于RNAi转基因水稻安全性的评价探索

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在转基因作物开始商业化种植之前,严格的环境安全性和食用安全性评价十分必要。转基因作物对非靶标生物的安全性评价是其环境安全性评价中的一项重要内容,本论文围绕不同类型的转基因水稻对非靶标生物影响的安全性评价开展研究。选取Bt(Bacillus thuringiensis)水稻和基于RNA干扰的转miRNA或ds RNA水稻为对象,结合生态学、分子生物学、生物信息学等手段综合评价其对非靶标生物(尤其是天敌)的安全性,一方面为推动Bt水稻产业化进程提供安全性数据支撑,另一方面也为基于RNAi的新型转基因水稻安全性评价体系的构建提供理论依据和技术储备。主要研究结果如下:1.Cry1Ab水稻对稻田天敌群落的长期生态效应的评价通过分析转cry1Ab基因抗虫水稻(Cry1Ab水稻)持续十年的稻田节肢动物群落调查数据,发现Cry1Ab水稻田中天敌群落与非转基因对照相比没有显著差异。进一步对稻田重要捕食性天敌蜘蛛亚群落进行分析,证实Cry1Ab水稻对该亚群落没有显著影响,而化学农药处理则对其有显著的负面影响;同时也发现稻田蜘蛛对稻飞虱的自然控制能力并未受到Cry1Ab水稻的影响。综合评价认为,Cry1Ab水稻对稻田天敌群落无显著影响,可作为稻田害虫综合治理的一项重要技术。2.转二化螟miR-14水稻对其非靶标天敌二化螟盘绒茧蜂影响的评价借鉴Bt作物对非靶标生物安全性评价中第一层级(Tier-1)的方法,评价了高浓度二化螟miRNA直接暴露对其非靶标天敌二化螟盘绒茧蜂的影响。结果表明二化螟盘绒茧蜂可以通过直接取食和二化螟血淋巴获取外源miRNA;二化螟miR-14注射被寄生的二化螟幼虫后可能会影响二化螟盘绒茧蜂的发育历期,但高浓度的二化螟miR-14直接饲喂并未对二化螟盘绒茧蜂的生物学参数产生显著影响。结合田间实际情况,综合推断认为转二化螟miR-14水稻对其重要非靶标寄生蜂天敌二化螟盘绒茧蜂不会有明显的负面影响。3.褐飞虱靶标ds RNA对三种非靶标生物影响的评价首先构建褐飞虱人工饲料喂食ds RNA的方法,对体外转录合成的36条不同褐飞虱ds RNA片段进行饲喂试验,共有25个ds RNA片段对褐飞虱存活率有显著影响。选取具有较高致死效率的ds Nl Na、ds Nlsft、ds Nlvatp和ds Nlaup四个ds RNA片段评价其对三种非靶标生物(赤拟谷盗、黑肩绿盲蝽和麦蛾柔茧蜂)的影响。结合序列相似性、生物学参数、基因转录水平等结果,ds Nl Na与三种非靶标生物的同源基因序列的相似性相对较低,然而其对赤拟谷盗和麦蛾柔茧蜂均可能产生非靶标效应。ds Nlvatp与三种非靶标生物均存在连续19-23nt的完全匹配情况,但是其只有在高浓度饲喂时会对赤拟谷盗可能存在非靶标效应。此外,ds Nlaup连续饲喂赤拟谷盗显著影响其存活率;而ds Nlsft无论是高浓度饲喂还是以LC50的浓度连续饲喂,对三种非靶标生物的生物学参数及相关基因转录水平均没有显著影响。总的来说,褐飞虱靶标ds RNA对非靶标生物的影响并不完全取决于ds RNA的连续21nt序列与非靶标生物同源基因的匹配情况,与非靶标生物的分类地位及ds RNA的基因类别也有关系,因此在开展ds RNA对非靶标生物影响的评价时需要结合具体基因及非靶标生物进行具体评价。综合上述结果,ds Nlsft对褐飞虱具有相对较好的防控效果,且对已评价的三种非靶标生物相对安全,其可能具有一定的应用价值。
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