中国农大研发一种可钝化植物病毒的多功能纳米诱抗剂

日期:11-15-2024

近期，中国农业大学植物保护学院沈杰、闫硕团队在《自然通讯》（Nature Communications）上发表了题为Nanomaterial inactivates environmental virus and enhances plant immunity for controlling tobacco mosaic virus disease 的研究成果。该团队成功研发了一种多功能纳米香菇多糖制剂，可有效减少环境中的烟草花叶病毒（TMV）含量，并同时诱导植物的抗病毒免疫反应。

烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus，TMV）是一种极具致病性和环境适应力的植物病毒，常见寄主植物超过350种，且在自然环境中可存活30-50年，稀释至百万倍后仍具感染能力。TMV感染后会导致叶片出现花叶、皱缩和坏死等症状，严重影响植物光合作用，进而导致产量大幅下降，造成巨大的经济损失。香菇多糖（Lentinan，LNT）是一种从香菇（Lentinula edodes）中提取的活性多糖，具有较好的抗病毒作用，能抑制病毒复制并增强植物免疫，但其活性有限。

研究人员利用星形多聚阳离子纳米载体（SPc）通过氢键自发组装LNT，形成纳米级LNT/SPc复合体（140 nm）。SPc能显著改善LNT在叶片表面的润湿性能，降低接触角并增加滞留量，使得LNT/SPc复合体具有更好的叶面附着性和植物吸收性能。研究发现SPc负载的荧光LNT可以更迅速地进入植物细胞，促进了LNT的细胞吸收。通过RNA-seq分析发现，LNT/SPc复合体可以显著上调多种与植物防御反应相关的基因表达，包括病原相关蛋白（PR）基因、与超敏反应（HR）和氧化应激相关的基因，表明LNT/SPc复合体能够有效激活植物的防御机制。此外，LNT/SPc复合体可增加植物体内的水杨酸（SA）含量，提升超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，进一步放大了植物的抗病毒反应。室内和田间试验均显示，LNT/SPc复合体对烟草花叶病毒（TMV）具有显著的预防和治疗效果，LNT/SPc复合体在施用后14天的田间防效高达81.9%。

SPc负载增强LNT诱导的植物抗病毒反应

    

TMV颗粒与LNT带负电荷，而SPc和LNT/SPc复合体带正电荷。SPc还通过与TMV衣壳蛋白的电荷相互作用，使病毒颗粒聚集并失活。通过热力学分析发现，SPc通过静电相互作用与TMV颗粒结合，而LNT则主要通过氢键与病毒结合。Native-PAGE和dot-blot结果表明，SPc能与TMV衣壳蛋白有效结合，破坏TMV颗粒的完整性，导致病毒释放RNA，从而使病毒失去活性，低浓度SPc的钝化效果优于高浓度LNT。在1 mg/L的SPc或LNT/SPc复合体作用下，TMV颗粒明显聚集，并且在10 mg/L的浓度下几乎所有TMV颗粒完全失活。

SPc对TMV病毒粒子的钝化机制

       

综上所述，本研究开发的LNT/SPc复合体能显著减少土壤中TMV颗粒的数量，诱导植物的抗病毒反应，充分展现出了纳米材料在病害防控领域的″控-促″作用，这一创新机制为长期防控TMV等病毒性病害提供了新思路。