近日，农林生物安全全国重点实验室沈杰、闫硕教授团队在国际学术期刊《Journal of Nanobiotechnology》在线发表了题为 “ Barrier to bypass: a PEI-functionalized star polycation platform for potent broad-spectrum aphid RNAi management ” 的研究论文。该研究通过对星形阳离子聚合物 SPc 进行聚乙烯亚胺（PEI）功能化，构建了一种可跨越多重生物屏障的 dsRNA 纳米递送平台，并在此基础上开发出对多种蚜虫具有广谱防控效果的 RNA 农药，系统解析了 PEI 功能化增强 RNA 细胞内化的分子机制，为 RNA 农药的高效递送提供了新思路。

蚜虫是农业生产中的重要害虫，可危害多种作物并传播病毒，严重制约作物产量和品质。RNAi 技术为害虫绿色防控提供了新策略，但外源 dsRNA 在田间易被核酸酶降解，且难以穿越叶片表面、昆虫表皮和细胞膜等多道生物屏障，稳定递送与高效内化是限制RNA农药应用的核心瓶颈。围绕这一难题，团队在 SPc 递送载体的基础上引入聚乙烯亚胺（PEI）进行功能化改造，力求让 RNA 农药"送得稳、进得去、杀得准"（图 1）。

图 1 SPcP3纳米载体构建、递送及蚜虫防控示意图

团队研究结果表明，SPcP3 与 dsRNA 通过静电作用、氢键和范德华力组装形成紧凑的球形纳米复合物，显著提高了 dsRNA 在核酸酶、高温和极端 pH 条件下的稳定性。在稳定递送的基础上，SPcP3 进一步改善了 dsRNA 在叶片表面的沉积、蚜虫表皮的渗透和细胞内的摄取，其细胞摄取效率较裸 dsRNA 提高 26.5 倍，并增强了靶基因沉默效率，从而提升了 RNAi 介导的杀虫活性（图 2和图 3）。

图 2 SPcP3提升dsRNA的叶面润湿性、持留量与植物吸收

图 3 SPcP3增强dsRNA在蚜虫表皮的渗透和细胞内递送

转录组分析进一步揭示了 SPcP3 增强递送的分子机制。研究结果表明，SPcP3 介导的递送增强来源于对内吞作用、囊泡转运、溶酶体相关过程及跨膜转运的协同激活，与 PEI 的"质子海绵"效应相一致（图 4）。

图 4 SPcP3增强细胞摄取的转录组分析

基于上述机制，该研究进一步开发了多靶点 RNA 农药。团队筛选出5种重要蚜虫中 ATP 合成酶（ATP-d）、几丁质合成酶（CHS）和蜕皮激素受体（EcR）三个基因的保守序列，组装成多靶点 shRNA 配方（shRNAs/SPcP3）。室内喷施实验表明，该配方对 5 种蚜虫表现出良好的广谱防控效果，防效达 87.3% – 96.9%，且对黄瓜生长、天敌异色瓢虫及 Sf9 细胞均无明显不良影响，显示出较好的应用潜力（图 5）。

图 5多靶标shRNAs/SPcP3对五种蚜虫的广谱防控效果

本研究揭示了 PEI 功能化纳米载体突破 RNA 农药多重递送屏障的内在机制，构建了可规模化、环境友好的广谱蚜虫 RNA 农药递送平台，为 RNA 农药的科学设计和农业害虫绿色防控提供了重要参考。中国农业大学博士研究生薛洋与北京化工大学硕士生唐艺溪为论文共同第一作者，我室沈杰、闫硕教授为通讯作者。中国农业大学关梅、钱鑫、乔恒博士等也参与了该项工作，北京化工大学尹梅贞教授提供了纳米材料支持。本研究得到国家重点研发计划（2023YFD1700304）、国家自然科学基金（32030012）、农林生物安全国家重点实验室联合研究计划（SKLJRP2506）以及中国农业大学 "2115" 人才培育发展支持计划等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1186/s12951-026-05180-w