近日，第二十届国际基因工程机器大赛（iGEM）决赛于法国巴黎圆满结束，浙江大学校级代表队ZJU-China从全球400支队伍中脱颖而出，夺得2023年国际基因工程机器大赛本科生组全球前十（TOP10）及金牌，这也是自2010年浙江大学组队参赛以来第11次斩获金牌！

        ZJU-China团队由生命科学学院陈铭教授和杨帆副教授带队，由来自8个不同学院的14名本科生队员组成。此次聚焦植物RNA疫苗，研发可以自我扩增的RNA疫苗作为新型生物农药。

从RNA出发构建“植物哨兵”

        “讲到防治病虫害，现在多用传统化学农药，事实上这并非药到病除、百利无害，其所引发对环境和健康的威胁还不容小觑！”2020级巴德年医学实验班的夏凌豪同学解释道。大量的农药散失造成土壤、空气和水体的污染，还可能导致农作物中有过高的农药残留，食用会危害人类健康。频繁使用传统化学农药会让害虫产生耐药性，长时间难以治本。

        看到问题就去解决！ZJU-China团队特别设计了一种新型的生物农药，从RNA出发构建“植物哨兵”。“这款农药的特点在于以农杆菌作为工程底盘，通过农杆菌对植物叶片的瞬时转染，在植物体内表达我们设计的特殊RNA链，翻译出经改造的NLR植物免疫受体，来增强植物针对特定病原菌的免疫能力，这就相当于给植物注射了疫苗。”负责项目设计及实验验证的湿队成员说。经过特殊设计，这段受体融合了纳米抗体，通过纳米抗体对病原菌的靶向识别，能够精准高效地激活下游免疫反应，帮助植物抵御病原菌，打开了为重要的经济作物度过易感病的窗口期的新思路。团队还设计了基于AI预测抗原抗体结合的软件，为拓宽产品的抗病谱提供了可能。

        “我们的全新植物外源蛋白递送系统，能实现目的蛋白较长时间遍布在植物全身和规避传统的植物转基因技术带来的长周期问题。”该系统包括两个重要组成部分——“卡车头”和“分身术”。“卡车头”模块是一段有特殊结构的RNA序列，可以帮助RNA链在植物维管束中长距离运输；“分身术”模块的灵感源于自扩增RNA疫苗，可以帮助RNA进行自我复制扩增，提高植物体内RNA的量，从而增加目的蛋白的表达剂量。

        为了解析RNA在植物中的存在和运动状态，我们通过建模预测了RNA在植物体内的扩散速度和半衰期，同时设计了一种更简便、经济的荧光观察仪器。负责建模预测及硬件设计的干队成员说。团队还设计了新的光自杀生物安全模块，可以通过光控让农杆菌在发挥作用后自然清除，规避了工程菌泄露环境引发的安全问题。

项目设计图示

        本次项目通过定向进化获得了农杆菌的强组成型启动子。“这是iGEM库中第1个针对农杆菌设计的启动子元件，为未来使用农杆菌作为底盘研究植物合成生物学提供了极大的便利！”这也是ZJU-China团队能成功蝉联iGEM金牌的重要因素。

生物农药应用场景及方法