介孔二氧化硅MSN （Mesoporous Silica Nanoparticle）可以用作药物递送和稳定剂。植物上，MSN作为纳米材料可作为纳米肥料及基因枪轰击载体进行小分子递送。此前，国家纳米科学中心曹宇虹研究团队成功应用30 nm粒径的MSN 将siRNA递送至烟草，然而，能否通过MSN将siRNA递送至叶片含有蜡质的水稻中，进而瞬时调控水稻基因的表达还不清楚。

    近日，国家纳米科学中心曹宇虹研究团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋研究团队合作，在《纳米快报》（Nano letters）杂志上发表了题为“Improving Seed Shattering Resistance in Wild O. alta Rice with Mesoporous Silica Nanoparticle Delivery Systems”（ Nano Lett. 2024, 24, 38, 11823–11830 DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c02297）的研究论文，并入选当期封面文章（Cover Article）。该研究通过荧光标记和电镜观察确定MSN可递送至活体水稻细胞中。为进一步探究MSN-siRNA介导的基因沉默是否可以引起植株表型的变化，该研究利用叶面喷洒MSN-siRNA递送系统的方法，确认该递送系统能成功递送PDS siRNA并敲低PDS基因。野生稻叶片可通过重复喷洒维持PDS基因的持续低表达，呈现白化表型。通过将Ruby siRNA喷施到UBI:RUBY转基因材料的叶片上，实现了RUBY基因的敲低并可以将红色叶片恢复至绿色叶片，这些结果表明MSN-siRNA系统介导的基因沉默可以引起目标表型的改变。进一步，作者测试该体系能否在难以遗传转化的野生稻中发挥功能，并将携带四倍体水稻中4组落粒基因（每组基因包含CC和DD染色体上的同源基因）的siRNA的MSN-siRNA递送系统以注射的方式施加入稻穗中，持续处理至穗抽出。通过检测小穗中落粒基因的表达，确定4组落粒基因均被敲低，且成功抑制小穗离层的形成。此递送系统能在植物上持续重复施加，且在施加周期能持续维持靶基因低表达状态，其作用周期可控，敲低基因效率高，为植物上基因表达调控相关研究提供了一个有效工具，且该递送体系未通过转基因操作，可为探究未建立遗传转化体系的植物进行基因功能研究提供可行方法。

    国家纳米科学中心刘祝江特别研究助理和中国科学院遗传与发育生物学研究所已毕业博士研究生张静昆为该论文共同第一作者，国家纳米科学中心曹宇虹研究员和中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋团队孟祥兵高级工程师为论文的共同通讯作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋院士对本研究进行了重要指导。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青年基础研究项目的资助。

 

图：MSN递送siRNA抑制水稻落粒的工作模式图