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BSM CHEMICAL CO.,LTD

新型手性纳米农药 精准识别并高效杀灭烟草花叶病毒

2022-10-10
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世界农化网中文网报道:江南大学匡华、胥传来教授团队与美国密歇根大学、巴西圣卡洛斯联邦大学、伊利诺伊大学、中国农业科学院烟草研究所合作,开展与生物分子结构域匹配的手性纳米颗粒研制,精准识别烟草花叶病毒外壳蛋白亚基,高效阻断烟草花叶病毒对农作物的侵染。研究成果以″光响应手性纳米颗粒选择性水解植物病毒外壳蛋白(Site-Selective Proteolytic Cleavage of Plant Viruses by Photoactive Chiral Nanoparticles)″为题,于2022年8月19日发表在《自然·催化》(Nature Catalysis)杂志上。


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图 (A)手性纳米材料特异性识别烟草花叶病毒蛋白亚基;(B-G)手性纳米材料特异性杀灭作物中烟草花叶病毒的机制;(H)封面文章


农药在农业生产中不可或缺,而农药的大量使用,又会导致抗药性、作物残留、环境污染等问题,严重制约了农业的可持续发展。植物病毒每年在全球造成数百亿美元的损失。烟草花叶病毒(TMV)是人类发现的第一个植物病毒,外壳是由2130个蛋白亚基形成的螺旋管状结构,内管直径~4 nm,遗传物质单链RNA在其中。TMV性能稳定,侵染多种作物,能在多种植物上越冬,严重影响农作物产量和品质。江南大学匡华、胥传来教授团队以青霉胺为配体,发展与TMV病毒螺旋管内孔尺度和构象匹配的手性纳米颗粒,制备了手性硫化铜纳米颗粒(~3 nm)。研究发现右手性纳米颗粒(D-NP)识别TMV蛋白亚基Q99AN^PTTA105位点,亲和力是左手性纳米颗粒(L-NP)的20倍,是非手性纳米颗粒的5 000余倍。在光的辅助下,特异性水解断裂101位的天冬酰胺(N)和102位的脯氨酸(P)之间的肽键(图)。

  

研究表明,手性硫化铜纳米材料与TMV外壳蛋白亚基具有高亲和性,牢固结合在TMV病毒螺旋管内部。硫化铜纳米颗粒与蛋白亚基Q99AN^PTTA105位点的特异性亲和,使得N101-P102的肽键与P102的吡咯环形成二面角,N^P肽键的稳定性被削弱。手性硫化铜纳米颗粒在光的激发下,发生电子转移,Pro102中N原子上的电子密度急剧增加,易受到H2O分子的亲核攻击,导致肽键水解。

  

进一步研究证实,用D-NPs水溶液(1 μM,5 mL/株)喷洒受TMV侵染的作物,3天内>95%的病毒即可被清除,效率显著高于目前所有抗植物病毒的化学农药。该手性纳米农药通过植物叶面气孔,被植物快速吸收,利用率高。监测作物的根、茎、叶以及土壤等,发现该新型手性纳米颗粒施药浓度远小于土壤和植物基础铜含量,无作物残留,可望作为一种绿色、安全的新型农药,为手性纳米材料的应用找到新方向。


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