开发碳纳米载体无需辅助实现siRNA传递至植物细胞（2020.6.26 Plant Biotechnology Journal ）

转录后基因沉默（Posttranscriptional Gene Silencing，PTGS）是研究和控制植物代谢途径的重要手段，如表型鉴定，生物合成途径调控，植物工厂生产，验证基因和蛋白质的功能以及并病虫害抗性等方面均有应用。通常PTGS通过传递小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）来实现，常规植物siRNA传递方法主要是将siRNA编码为DNA载体利用农杆菌和病毒转入植物当中，该方法往往受限于植物种类及相关基因型。

近日，加州大学科研人员在Science Advances发表“Carbon nanocarriers deliver siRNA to intact plant cells for efficient gene knockdown”研究論文。研究人员开发在植物细胞中传递siRNA的纳米管平台，保护siRNA免受核酸酶降解，有效实现植物细胞内递送siRNA和沉默内源基因，进而建立依靠纳米管传递RNA至完整细胞的植物生物技术。

纳米材料介导的RNA和治疗药物的递送已经在动物中进行了广泛的探索，其对植物系统的潜力仍未充分研究。植物细胞壁的存在有效阻碍外源生物分子对植物细胞的侵害及细胞间的传递，但依然存在～5到20nm的传递间隙。研究人员利用单壁碳纳米管（single-walled carbon nanotubes，SWNT）——具有高长径比的生物相容性碳同素异形体：直径为0.8至1.2nm长度500至1000nm的圆柱形纳米结构，较小的直径使SWNT能够被动穿越叶绿体包膜和植物细胞膜，同时提供大的体表面积以装载相当数量的siRNA，出色的生物相容性保护RNA分子免于降解。同时，通过投放量及投放时间的控制，有效实现多基因定时定量调控。

纳米材料已经在质粒和蛋白递送植物研究中取得很多进展，该研究证明高纵横比的单壁碳纳米管可以成功递送siRNA分子并有效沉默GFP基因并有效降低siRNA降解速率进而提高沉默兄效果。同时，常用的阳离子纳米颗粒通常有明显细胞毒性。不带电的SWNT表面消除了此问题，并可以进行更高剂量或更大范围的siRNA递送，有望应用于单子叶植物，非模式和难以转化的物种。未来，SWNTs可应用于基于核酸酶的基因组编辑——在植物中通过递送sgRNA或瞬时核酸酶用于后续基因组编辑。甚至基于SWNT的RNA传递抑制或竞争非同源修复途径相关基因进而提高同源修复效率。