杂草生物防治专家视角下基因驱动与RNAi技术在杂草管理中的融合前景与挑战

《BioControl》:Biocontrol practitioners’ perspectives on emerging genetic-based technologies for weed management

【字体: 时间:2026年02月02日 来源:BioControl 2.7

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  本文聚焦于新兴基因技术(基因驱动与RNAi)在杂草治理领域的应用潜力,通过在国际杂草生物控制研讨会期间开展的焦点小组讨论,系统梳理了生物防治从业者对遗传控制技术的支持动因、技术整合路径及监管挑战。研究表明,从业者普遍支持将非持久性RNAi技术作为现有防治工具的重要补充,但对基因驱动的生态风险和社会接受度存在显著担忧,强调需建立跨国协作框架以推动技术负责任发展。

  
随着全球气候变化和人类活动加剧,入侵植物对生态系统和农业生产造成的威胁日益严峻。传统杂草生物防治通过引入天敌昆虫或病原体来控制入侵植物,已有超过百年的实践历史,成功案例包括利用专一性昆虫控制马缨丹(Lantana camara)和仙人掌(Opuntia spp.)等恶性杂草。然而,面对部分顽固性入侵物种(如杂交程度高或近缘作物众多的杂草)时,传统生物防治效果有限,加之化学除草剂面临抗性发展和环境监管压力,迫切需要开发新型治理工具。
在这一背景下,基因驱动(gene drive)和RNA干扰(RNAi)等遗传控制技术逐渐走入视野。基因驱动技术通过CRISPR-Cas9等基因编辑工具使特定基因在种群中超孟德尔遗传,理论上可实现对杂草种群的长效抑制;而RNAi技术则通过外源施加双链RNA特异性沉默目标基因,具有作用短暂、可逆的特点。2024年植物基因驱动概念验证研究在拟南芥中的突破,更标志着该技术从理论走向实践的关键一步。为探讨这些新兴技术与传统生物防治的整合路径,研究人员在第十六届国际杂草生物控制研讨会(2023年5月)期间组织焦点小组讨论,汇集全球30位生物防治专家的观点,通过定性内容分析法系统解析讨论文本。
研究方法与技术路径
研究采用焦点小组讨论形式,在研讨会期间组织5组讨论(每组6人),围绕遗传控制技术在杂草治理中的定位、风险效益及监管挑战展开。讨论内容经转录后,通过两阶段编码(初步编码与聚焦编码)识别出158个意义单元,最终归纳为4大主题14个类别。技术方法核心包括:1)研讨会前的技术简介会(基因驱动与RNAi机制讲解);2)结构化讨论流程(每组40分钟,配备引导员);3)基于Nyumba等人提出的定性内容分析框架进行主题提炼。
研究结果与发现
主题一:对遗传控制技术的总体支持态势
专家普遍认为遗传控制技术适用于现有防治手段失效的顽固杂草系统(如遗传复杂的杂交物种)。三类支持动因突出:一是RNAi因其类似除草剂的施用方式与可逆性被视作"低风险起点";二是化学除草剂选项减少推动替代技术需求;三是年度生杂草更适合作基因驱动首批靶标。值得注意的是,RNAi因无需基因组整合且作用短暂,获得超过80%讨论组的特别支持。
主题二:技术整合的具体路径
讨论提出三类整合模式:一是通过RNAi增强生物防治剂效能,例如沉默植物免疫基因以提升病原真菌感染力;二是利用基因驱动改良天敌特性,包括拓宽宿主范围、增强气候适应性(如耐热性改造);三是针对特定生态系统(如岛屿)开展基因驱动概念验证。但专家强调,需优先开展靶标杂草遗传资源普查(如染色体倍性数据库),且技术应用必须配套"阈值触发"和"失效机制"等安全设计。
主题三:技术应用的风险考量
基因驱动在野外的长期行为不确定性引发深度关切,特别是跨物种基因流和原生地影响风险。典型案例分析显示,若针对甘蔗蟾蜍(Rhinella marina)的基因驱动技术扩散至原产地,可能导致不可逆生态后果。对此,专家建议以调控营养繁殖能力或生物量等非致死性状为优先方向,降低原生地生态冲击。
主题四:社会许可与监管挑战
公众对基因编辑技术的信任危机(如关联COVID-19疫苗质疑)可能波及生物防治的社会许可。讨论建议明确区分"遗传控制"与"生物防治"术语,避免技术污名化。监管层面突出全球不对称性:南美国家(如阿根廷、巴西)对GMO作物的接受度较高,而欧洲则存在严格限制。此外,《名古屋议定书》下的遗传资源获取与惠益分享(ABS)框架可能成为技术发展的制度壁垒,需建立跨国协作机制保障技术普惠性。
结论与展望
本研究首次系统呈现了杂草生物防治界对遗传控制技术的辩证认知。专家共识指出:RNAi因技术成熟度与风险可控性成为近期优先选项,而基因驱动需通过岛屿等封闭系统验证安全性。技术发展必须融合社会科学与风险沟通,建立"负责任创新"框架。值得注意的是,生物防治百年实践积累的生态风险评估经验,可为遗传控制技术的监管提供重要参考。未来需通过国际联盟突破资源壁垒,确保技术成果在全球范围内的公正获取与应用。
(注:全文基于文档内容撰写,专业术语如RNA干扰(RNAi)、基因驱动(gene drive)、名古屋协议(Nagoya Protocol)等均按原文规范表述,作者单位信息因文档未明确提及标注为未知)
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