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中国农大研发一种可钝化植物病毒的多功能纳米诱抗剂

   2024-11-19 570
导读

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(

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 virusTMV)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(LentinanLNT)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SPcLNT/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-PAGEdot-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/LSPcLNT/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。

 

SPcTMV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-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。

 

来源北京农药学会

 


 
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