農民與昆蟲間的百年戰役
蟲子吃草,天經地義。然而,自從人類開始耕作以來,我們就試圖阻止這種現象的發生。最初,人們用網子將植物圍起來以防止昆蟲入侵,但這並不足以解決問題,蟲害開始在網子內蔓延。於是,殺傷力驚人的化學農藥被廣泛使用來殺死害蟲。然而,隨著時間的推移,一些昆蟲開始對農藥產生抵抗力。
為了用更大量的農藥對抗這些抗藥性的昆蟲,人們甚至採用了基因轉錄技術,將抗農藥的基因植入蔬菜中,使作物在噴施大量農藥時不受損傷。同時,化學農藥的使用強度也不斷提升,以期在這場持久戰中取得勝利。
這場農業與昆蟲之間的對抗持續至今,成為了農業生產中的一大挑戰。隨著對環境和健康的關注增加,尋求更環保、更安全的害蟲控制方法成為了未來發展的方向。在北半球,科羅拉多馬鈴薯甲蟲正肆虐著各處農田,每年造成超過五億美元的農產品損失。
自1930年以來,人類便開始使用殺蟲劑來對抗這種害蟲,甚至可以說科羅拉多馬鈴薯甲蟲是推動化學殺蟲劑研究的重要動力。從那時起,它對一種又一種化合物產生了免疫,現在已經對超過50種殺蟲劑產生了抗性,農民與化學家早已對其束手無策。
RNAi 農藥開啟新的戰場
然而,生物學家卻帶來了新的希望。由GreenLight Biosciences公司推廣的農藥Calantha,經過四年的審查後,於今年一月獲得了美國環境保護署 (EPA) 的批准,為這場戰役帶來了新的曙光。
Calantha 是一種基於 RNA 干擾 (RNAi) 機制所開發的農藥。RNAi 是一種利用小分子 RNA 來靜默特定基因片段的生物機制。通常,RNA 在單股形式下發揮作用,而當細胞內出現雙股 RNA 時,細胞會將其識別為異常,並將其分解,以防止其引發其他下游反應。Calantha 正是利用這一原理來對抗害蟲。當昆蟲食用了噴灑在植物表面的 Calantha 後,這些雙股 RNA 會在昆蟲體內被切割成小片段的單鏈 RNA。這些小片段的 RNA 隨後會與害蟲體內重要的 RNA 結合,形成失去功能的雙股 RNA,最終達到殺死害蟲的效果。
這一技術的優點在於,小片段 RNA 具有高度專一性,能夠精準地針對特定害蟲,而不會對其他非目標生物造成影響。此外,這種方法還減少了傳統化學農藥的使用量,對環境和人類健康的影響也相對較小。隨著 RNAi 技術的深入研究,這類基於 RNA的農藥有望成為未來農業害蟲控制的重要工具。
生命總會找到出路。即使是看似無解的RNAi農藥,昆蟲也總會找到方法來突破。田納西大學的博士生Swati Mishra 將科羅拉多馬鈴薯甲蟲不斷暴露於RNAi 農藥中,結果發現,經過11代後,這些甲蟲顯著減少了對殺蟲劑的吸收,從而減少了殺蟲劑對其的影響。這敲響了警鐘,即使發展出了新式抗蟲方法,也需要謹慎使用。因此,發展出 Calantha 農藥的GreenLight Biosciences公司也呼籲農民,交替使用 RNAi 農藥與其他防治方法,減少抗病性的發生。
結論
RNAi農藥代表了一種革新性的害蟲控制方法,具備精準、無毒的優勢,有望成為未來農業的關鍵工具。然而,為了防止害蟲進化出新的抗性,也必須謹慎使用這些新技術。通過交替使用RNAi農藥與其他防治方法,農民可以有效減少昆蟲產生抗藥性的風險,保護農作物免受害蟲侵害。同時,持續的研究和發展將進一步提升這些農藥的效果,為農業提供更加安全和永續的解決方案。
延伸閱讀
參考資料
Mishra, S. et al. 2021. Selection for high levels of resistance to double-stranded RNA (dsRNA) in Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata Say) using non-transgenic foliar delivery. Scientific reports 11:6523.
Palli, S. R. 2023. RNAi turns 25: contributions and challenges in insect science. Frontiers in Insect Science 3:1209478.