原文信息
标题：RNAi 在害虫防治中的脱靶效应及其规避策略
期刊：植物保护学报 (Journal of Plant Protection), 2026, 53(4): 881-891
DOI：10.13802/j.cnki.zwbhxb.2026.2025173
RNA 干扰（RNAi）被誉为 "农药史上的第三次革命"，通过引入 dsRNA、siRNA 等分子精准沉默害虫关键基因，兼具靶标特异性高、环境友好、无残留等优点，已成为农业绿色防控领域的前沿技术。
然而，RNAi 的 "脱靶效应"（off-target effect）—— 即 siRNA/dsRNA 沉默了非靶标基因，甚至通过食物链传递对天敌、传粉昆虫及水生节肢动物产生非预期毒性 —— 已成为制约 RNAi 生物农药商业化应用的关键安全瓶颈。
近日，安徽农业大学陈嘉生/盛成旺团队联合江西农业大学、南京财经大学、江苏省农科院在 《植物保护学报》 发表题为 RNAi 在害虫防治中的脱靶效应及其规避策略 的综述论文，系统梳理了 RNAi 脱靶效应的分子机制分类、影响因素及规避策略，为 RNAi 技术在害虫绿色防控中的安全应用提供了完整的理论框架与实践指南。一、脱靶效应的两大类型：专一性与非专一性
RNAi 脱靶效应根据序列匹配程度分为两大类：1. 专一性脱靶效应（序列依赖性）
由 siRNA/dsRNA 与非靶标 mRNA 之间的序列互补性引发，包括三种亚类：完全匹配脱靶
：dsRNA 与非靶标 mRNA 存在≥15 nt 连续互补碱基，直接被 Dicer 切割产生功能性 siRNA；不完全匹配脱靶
：dsRNA 与非靶标 mRNA 存在≥9 nt 不完全连续匹配，通过部分互补触发沉默；siRNA 种子区脱靶
：siRNA 向导链 5' 端第 2–8 位核苷酸（种子区）与非靶标 mRNA 的 3'-UTR 互补结合，类似内源 miRNA 的作用模式。2. 非专一性脱靶效应（序列非依赖性）
由 siRNA/dsRNA 分子本身的理化性质引发，与序列无关：免疫应答激活
：dsRNA 被 Toll 样受体（TLR3、TLR7、TLR8）、RIG-I 等识别，激活 IFN、TNF-α、IL-6 等天然免疫通路；核心组分竞争
：外源 siRNA 与内源 miRNA 竞争 AGO2 等 RISC 核心蛋白，破坏内源 miRNA 的正常调控；下游基因表达紊乱
：RISC 饱和、翻译组全局波动，导致数百个非靶标基因的表达变化。
图 1：RNAi 专一性（A）与非专一性（B）脱靶效应模式图二、脱靶效应的分子机制详解1. 序列相似度：决定脱靶的核心指标
dsRNA 与非靶标 mRNA 的序列相似度是判断脱靶风险的首要指标，但阈值因昆虫类群而异：鞘翅目（敏感型）
：赤拟谷盗中，dsRNA 与非靶标 mRNA 序列相似度≥78% 即可发生脱靶；鳞翅目（耐受型）
：棉铃虫、二化螟等需 > 92% 序列相似度才脱靶，且完全匹配片段需更长（>35 nt）；特殊案例
：草地贪夜蛾中，同源基因 Ef1α 与斜纹夜蛾仅有 61.7%–77.5% 相似度，仍可触发龟纹瓢虫同源基因的沉默。
这表明，不同昆虫的 RNAi 酶系统（Dicer、AGO 等）对序列错配的容忍度差异极大，设计 dsRNA 时必须针对靶标害虫的类群特性设定阈值，不能一刀切。2. 连续匹配长度：越短越易脱靶
完全连续匹配长度仅需15 nt即可触发赤拟谷盗的脱靶效应，且匹配长度从 15 nt 增至 21 nt 时沉默效率逐步上升；
siRNA 种子区仅需7–8 nt与非靶标 mRNA 完全匹配即可脱靶 —— 例如针对 GFP 的 siRNA，仅需 8 nt 完全匹配即可沉默水母 GFP 基因；
siRNA 向导链 5' 端第 2–8 位核苷酸与非靶标基因 3'-UTR 的第 2–8 位核苷酸互补配对，即可模拟 miRNA 功能引发脱靶。3. miRNA 介导的跨界脱靶
生物系统中广泛存在的 miRNA 调控网络，使外源 siRNA 可能意外模拟内源 miRNA 的功能：
例如果蝇Aedes aegypti的 RNAi 诱导沉默复合体，即使 siRNA 与靶标 mRNA 存在 1–2 个错配，仍可切割非靶标 mRNA；
朱砂叶螨表皮蛋白基因 CPR25 在转录后，环状 RNA–circCPR25/miR-314-317 轴可调控其功能 —— 外源 dsRNA 若意外干扰该轴，将引发多基因脱靶；
稻水象甲的 miR-314-317 可调控多个靶标基因，外源 RNAi 可能通过竞争 miRNA 通路产生不可预测的脱靶效应。4. RISC 饱和效应与免疫激活RISC 饱和
：高浓度 siRNA/dsRNA 使细胞内 RISC 系统过载，外源 siRNA 与内源 miRNA 竞争 AGO2 核心蛋白，导致内源 miRNA 调控网络紊乱；双链结合蛋白识别
：siRNA 的热稳定性越高，R2D2 蛋白优先结合的稳定性高的那条链越容易被加载为向导链，另一条链被降解 —— 若加载错误，就会沉默非靶标基因；天然免疫激活
：dsRNA 可激活 Toll/IMD 免疫通路，上调 Defensin、c-Jun 等免疫相关基因，导致蜜蜂肠道微生物群紊乱、家蚕生长发育异常。
三、影响脱靶效应的四大关键因素1. dsRNA 设计参数长度
：长链 dsRNA 虽提高 RNAi 效率，但增加脱靶概率；浓度
：浓度越高，RISC 饱和效应越强，非特异性沉默越严重；特异性
：靶标基因的二级结构可能遮蔽 siRNA 结合位点，导致 siRNA 无法精确匹配，转而结合非靶标位点。2. 基因转录水平
脱靶效应受基因转录水平调控 ——转录本丰度越高的基因越容易成为脱靶受害者：
赤拟谷盗 5 龄幼虫中，CYP6BK13转录本丰度 14,350 个拷贝，而CYP6BQ9仅 1,760 个；
尽管针对CYP6BQ9的 dsRNA 与CYP6BK13序列相似度仅 71%（低于通常阈值 86%），但因CYP6BK13转录水平高，仍产生了显著脱靶效应；
东亚飞蝗和黑腹果蝇 S2 细胞中，高表达的持家基因Ef1α同样更易脱靶。
这一发现提示：设计 dsRNA 时不能仅看序列相似度，还必须评估靶标与非靶标基因的转录本丰度差异。3. 昆虫对 RNAi 的敏感性差异鳞翅目
：中肠碱性环境（pH 9–11）、肠道微生物、核酸降解酶和血淋巴对外源 dsRNA 的快速降解，使鳞翅目普遍不敏感，通常不诱发脱靶；鞘翅目
：马铃薯甲虫、赤拟谷盗拥有高效的系统性 RNAi 机制（如 SID-1 跨膜蛋白），dsRNA 降解速率慢，脱靶效应发生率显著高于鳞翅目；同一昆虫不同发育阶段
也存在差异。4. dsRNA 递送方式转基因植物表达 dsRNA
：靶向精准、不易扩散、脱靶风险较低；喷雾法施用 dsRNA
：dsRNA 易扩散、飘移风险高，且依赖纳米材料包裹递送 —— 这些递送材料本身也可能影响非靶标生物。
四、四大规避策略：从设计到递送的全链条优化1. 优化 dsRNA 序列设计避开同源保守区
：靶标基因选取 dsRNA 时，避开与同源基因高度保守区域，尤其是完全匹配长度 > 15 nt 或相似度 > 20 nt 的区域；避开免疫激活基序
：避开已知会诱发脱靶效应的特殊 siRNA 碱基序列，如 5'-UGUGU-3'、UGGC 和 GU 基序 —— 在人 HeLa 细胞中，长度超过 30 nt 的 siRNA 会触发强烈免疫反应；降低使用浓度
：使用更低浓度或制剂，虽可能减弱靶基因沉默力，但能显著降低脱靶效应；优化设计提升递送效率
：dsRNA 分子设计时提升自身递送效率，降低所需用量；siRNA 自折叠形成类似 siRNA 的体内递送系统，自发形成更稳定的 dsRNA 结构，提高稳定性、延长作用时间。2. 化学修饰修饰 siRNA/dsRNA
化学修饰可提升 siRNA/dsRNA 的稳定性，减少 dsRNA 用量，从而降低脱靶效应：2'-O - 甲基核苷三磷酸
：在 dsRNA 合成过程中引入，提高高温、紫外辐射及 dsRNA 降解酶条件下的稳定性；硫代磷酸、2'- 氟、2'- 甲基
：经修饰的 dsRNA 沉默效率和致死率显著提升，同时能抵御昆虫唾液中 dsRNA 核酸酶的降解。3. 精准递送系统转基因植物组织特异性表达
：如桑树转化菌Bacillus amyloliquefaciens SH-8 工程化改造，靶向美国白蛾V-ATPase基因，使白蛾幼虫取食后畸形；工程菌递送
：从桑树中分离的解淀粉芽孢杆菌 SH-8，基因工程改造后表达靶向 dsRNA，提升递送精度；纳米材料包裹
：壳聚糖、层状双氢氧化物纳米黏土、肽纳米材料、花椰菜花叶病毒样颗粒等，有效保护 dsRNA 不被降解，减少 dsRNA 初始用量，提高 RNAi 安全性。4. 生物信息学预测与评估在线预测工具
：dsCheck、sRNAscanner、sRNATarget、dsRNAEngineer 等工具通过序列比对预测潜在脱靶位点；跨物种数据库
：Senthil-Kumar & Mysore 构建的跨物种脱靶数据库 RNAimmuno，结合转录组熵值模型，进一步提高预测精度；dsOMEG 平台
：收录 29 个物种的序列信息，大幅提升 dsRNA 设计和脱靶效应预测精度；实验验证
：任何预测结果都需通过检测基因的沉默效率和蛋白含量来确定是否为真实脱靶。
五、展望：从风险控制到精准应用
目前，利用 RNAi 技术防治害虫仍面临脱靶风险、昆虫敏感性差异、dsRNA 不稳定、生产成本高、制剂研发难、非靶标与残留风险、登记审批壁垒等问题。
未来发展方向包括：完善评估体系
：建立完善的脱靶效应评估与监控体系，是 RNAi 技术应用不可缺少的环节；结构生物学赋能
：解析 Dicer、AGO 等核心蛋白与 dsRNA/siRNA 的三维结构，从原子水平理解切割与装载机制；AI 与组学融合
：结合生物信息学、转录组学、宏基因组学，系统预测脱靶靶点；递送技术革新
：开发更高效、更安全的纳米递送系统，降低田间用量与飘移风险。
RNAi 脱靶效应的本质，是 RNAi 技术从 "实验室基因沉默工具" 走向 "大田生物农药" 过程中必须跨越的安全门槛。只有将脱靶风险控制在可接受的生态学阈值范围内，RNAi 农药才能真正实现商业化落地。
OCR:IMG:植物保护学报JournalofPlantProtection，2026，53（4）：881-891 DOI:10.13802/j.cnki.zwbhxb.2026.2025173 NAi在害虫防治中的脱靶效应及其规避策用 生”黄云！李秀霞！彭英传²王康旭”徐鹿4盛成 （1.安徽农业大学植物保护学院，合肥230036；2.江西农业大学昆虫研究所，南昌330045； .南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，南京210023； 农业科学院植物保护研究所，省部共建国家重点实 江苏省食品质量安全重点实验室，南京210014
OCR:IMG:A B 专一性脱靶效应 非专一性脱靶效应 Specificoff-target effects Non-specific off-targeteffects （1）完全匹配脱靶效应 （1）免疫应答Immuneresponse Perfectmatching off-target XOOOOOOOX TLR3 dsRNA RIG-I （≥15nt连续匹配碱基） （≥15ntcontiguousmatchingbases） IFN 靶标mRNA 非靶标mRNA Target mRNA Non-targetmRNA （2）核心组件竞争Corecomponentcompetition （a）不完全匹配脱靶效应 Mismatchingoff-target Dicer miRNA n m OX siRNA （≥19mt不完全连续匹配碱基） AGO2 （≥19ntimperfectmatching) 细胞质 RNA诱导沉默复合体 细胞质 （3）siRNA种子区脱靶效应 Cytosol RNA-induced silencing Cytosol siRNA seedregion off-target complex （3）下游基因表达量变化 siRNA导向链 （siRNA的种子区52~8nt） Downstreamgeneexpression changes siRNAguide strand 靶标ATargetA (siRNA5'2-8nt) 3 in in 3 靶标BTargetB 靶标CTarget 靶标DTargetD 非靶标mRNA 细胞核Nucleus Non-targetmRNA 靶标ETargetE TLR3：Toll样受体3；RIG-I:视黄酸诱导基因-I;Dicer2:Dicer2蛋白；AGO2:AGO2蛋白。IFN:Int tor3;RIG-I:retinoic acid-inducible gene-l;Dicer2:Dicer2proteinAGO2:AGO2protein 1RNAi的专一性（A）和非专一性（B）脱靶效应模 1Schematicillustrationof sequence-specific（A）andsequence-independent(B）off-targeteffects ofR）
OCR:IMG:植物保护学报JournalofPlantProtection，2026，53（4）：881-891 DOI:10.13802/j.cnki.zwbhxb.2026.2025173 NAi在害虫防治中的脱靶效应及其规避策用 生”黄云！李秀霞！彭英传²王康旭”徐鹿4盛成 （1.安徽农业大学植物保护学院，合肥230036；2.江西农业大学昆虫研究所，南昌330045； 南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，南京210023 4.江苏省农业科学院植物保护研究所，省部共建国家重点实验室培育基地， 苏省食品质量安全重点实验室，南京210014
OCR:IMG:A B 专一性脱靶效应 非专一性脱靶效应 Specific off-target effects Non-specificoff-target effects （1）完全匹配脱靶效应 （1）免疫应答Immuneresponse Perfect matching off-target XOOOOOOOX TLR3 dsRNA RIG-I （≥15m连续匹配碱基） （≥15nt contiguous matchingbases） IFN 靶标mRNA 非靶标mRNA TargetmRNA Non-target mRNA （2）核心组件竞争Corecomponentcompetition （a）不完全匹配脱靶效应 Mismatching off-target Dicer2 miRNA em OOX SiRNA （≥19mt不完全连续匹配碱基） AG02 （≥19nt imperfect matching) 细胞质 RNA诱导沉默复合体 细胞质 （3）siRNA种子区脱靶效应 Cytosol RNA-induced silencing Cytosol siRNA seedregion off-target complex（3）下游基因表达量变化 complex Downstream geneexpression changes
" onload="resizeImg(this,400,400);">
OCR:IMG:A B 专一性脱靶效应 非专一性脱靶效应 Specificoff-target effects Non-specific off-targeteffects （1）完全匹配脱靶效应 （1）免疫应答Immuneresponse Perfectmatching off-target XOOOOOOOX TLR3 dsRNA RIG-I （≥15nt连续匹配碱基） （≥15ntcontiguousmatchingbases） IFN 靶标mRNA 非靶标mRNA Target mRNA Non-targetmRNA （2）核心组件竞争Corecomponentcompetition （a）不完全匹配脱靶效应 Mismatchingoff-target Dicer miRNA n m OX siRNA （≥19mt不完全连续匹配碱基） AGO2 （≥19ntimperfectmatching) 细胞质 RNA诱导沉默复合体 细胞质 （3）siRNA种子区脱靶效应 Cytosol RNA-induced silencing Cytosol siRNA seedregion off-target complex （3）下游基因表达量变化 siRNA导向链 （siRNA的种子区52~8nt） Downstreamgeneexpression changes siRNAguide strand 靶标ATargetA (siRNA5'2-8nt) 3 in in 3 靶标BTargetB 靶标CTarget 靶标DTargetD 非靶标mRNA 细胞核Nucleus Non-targetmRNA 靶标ETargetE TLR3：Toll样受体3；RIG-I:视黄酸诱导基因-I;Dicer2:Dicer2蛋白；AGO2:AGO2蛋白。IFN:Int tor3;RIG-I:retinoic acid-inducible gene-l;Dicer2:Dicer2proteinAGO2:AGO2protein 1RNAi的专一性（A）和非专一性（B）脱靶效应模 1Schematicillustrationof sequence-specific（A）andsequence-independent(B）off-targeteffects ofR）
" onload="resizeImg(this,400,400);">
OCR:IMG:A B 专一性脱靶效应 非专一性脱靶效应 Specificoff-target effects Non-specific off-targeteffects （1）完全匹配脱靶效应 （1）免疫应答Immuneresponse Perfectmatching off-target XOOOOOOOX TLR3 dsRNA RIG-I （≥15nt连续匹配碱基） （≥15ntcontiguousmatchingbases） IFN 靶标mRNA 非靶标mRNA Target mRNA Non-targetmRNA （2）核心组件竞争Corecomponentcompetition （a）不完全匹配脱靶效应 Mismatching off-target Dicer miRNA n m OOX siRNA （≥19mt不完全连续匹配碱基） AGO2 （≥19ntimperfectmatching) 细胞质 RNA诱导沉默复合体 细胞质 （3）siRNA种子区脱靶效应 Cytosol RNA-induced silencing Cytosol siRNA seedregion off-target complex （3）下游基因表达量变化 siRNA导向链 （siRNA的种子区52~8nt） Downstreamgeneexpressionchanges siRNAguide strand （siRNA5'2-8nt) 靶标ATargetA 3' in in 3 靶标BTargetB 靶标CTarget 靶标DTargetD 非靶标mRNA 细胞核Nucleus Non-targetmRNA 靶标ETargetE TLR3：Toll样受体3；RIG-I:视黄酸诱导基因-I;Dicer2:Dicer2蛋白；AGO2:AGO2蛋白。IFN:Int tor3;RIG-I:retinoic acid-induciblegene-l;Dicer2:Dicer2proteinAGO2:AGO2protein 1RNAi的专一性（A）和非专一性（B）脱靶效应模 1Schematicillustrationof sequence-specific（A）andsequence-independent(B）off-targeteffectsofR）
OCR:IMG:植物保护学报JournalofPlantProtection，2026，53（4）：881-891 DOI:10.13802/j.cnki.zwbhxb.2026.2025173 NAi在害虫防治中的脱靶效应及其规避策用 生”黄云！李秀霞！彭英传²王康旭”徐鹿4盛成 （1.安徽农业大学植物保护学院，合肥230036；2.江西农业大学昆虫研究所，南昌330045； .南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，南京210023； 农业科学院植物保护研究所，省部共建国家重点实 江苏省食品质量安全重点实验室，南京210014