研究者发现针对难治性植物病害的新防御手段

他们的方法利用了菠菜的抗菌肽，即防御素，它们能天然保护植物抵御多种病原体。

最近发表在《植物生物技术杂志》上的一项研究表明，一些菠菜防御素能为柑橘和马铃薯（可能还有其他作物）提供类似的保护。这些效果在恢复染病植株产量和提升品质方面取得了显著进展。

该研究由Kranthi Mandadi博士领导，他是AgriLife研究所植物分子生物学家、德克萨斯农工大学植物病理学与微生物学系教授，任职于位于韦斯拉科的德克萨斯农工大学AgriLife研究与推广中心。

"Mandadi博士在植物病理学领域持续展现出卓越的领导力与创新能力，为推动农业韧性和粮食安全的解决方案做出了贡献，"AgriLife研究所副所长兼首席科学官Amir Ibrahim博士表示。"他从毛状根技术到肽疗法的开创性工作，体现了我们对科学发现的承诺，这些发现赋能农民并支撑着德克萨斯州乃至更广泛地区的农业经济。"

恢复柑橘树

Mandadi及其团队选择菠菜抗菌肽的依据源于先前研究证实其能抵御多种病原性真菌和细菌。由于这些肽天然存在于菠菜中，人类也经常摄入它们。

2021年，美国环境保护署（EPA）得出结论，菠菜防御素的膳食暴露对美国人群（包括婴幼儿）是安全的。这使其因兼具效力与安全性（无已知健康风险）而成为理想选择。

研究人员使用佛罗里达大学研究人员开发的一种良性病毒将肽传递到商业柑橘树上（该大学为本研究的合作方）。该病毒会自然感染致病细菌所在的相同树体部位。通过简单的嫁接程序，研究人员能够接种病毒并使其主要自主传递靶向细菌的肽。

在几年时间里，研究团队监测了感染亚洲柑桔黄龙病菌（引起柑桔黄龙病的病原菌）的柑橘树对特定抗菌肽处理的反应。他们观察到了积极的结果：仅单次施用后，相比未处理树木，果实产量最高可提升50%。

恢复马铃薯——及更多作物

此外，研究人员探究了菠菜肽如何增强对茄科劳尔氏菌（Candidatus Liberibacter solanacearum）的免疫反应。该细菌与柑桔黄龙病菌有关联，会导致马铃薯及其他蔬菜发生斑马片病。

当研究人员在马铃薯中表达抗菌肽时，相较于未处理植株，马铃薯植株表现出轻微病害症状，所含致病细菌数量减少，块茎中特征性斑马片病变色现象大幅减轻，且结薯数量更多。

总体而言，研究团队的结果表明，单独添加到柑橘和马铃薯中的两种菠菜抗菌肽均产生了令人鼓舞的效果。

展望未来，Mandadi计划探索更广泛的应用并拓展该技术的可能性。他设想开发多种肽的"鸡尾酒"疗法，并探究其与其他综合管理策略（如同时控制传播细菌的昆虫）相结合时的效果。

"这只是个开始，"Mandadi表示。"这些抗菌肽作为应对更广泛农业病害的新疗法潜力巨大。我们期待探索这些肽还能支持哪些其他作物。我认为它有可能与传统的农业实践一道，成为一种新的作物广谱处理方法。"

Southern Gardens Citrus（美国糖业子公司）已从德克萨斯农工大学系统获得AgriLife研究所开发的防御素技术专利使用权，并从佛罗里达大学获得病毒载体技术的使用权。他们正与Silvec Biologics合作将该技术商业化，用于对抗引起柑桔黄龙病的病原菌。2024年1月，Silvec向EPA提交了申请以获准商业使用，这标志着使种植者获得此项创新的关键一步。

合作成果

该研究由美国农业部国家食品与农业研究所资助，并获得了Southern Gardens Citrus以及授予Mandadi的AgriLife研究基金的支持。

Mandadi领导了这项研究，合作者包括：

• Carmen Padilla博士；Sonia Irigoyen博士；Manikandan Ramasamy博士；Mona Damaj博士；Michelle Dominguez；Denise Rossi；以及Renesh Bedre博士（曾任职于韦斯拉科的德克萨斯农工大学AgriLife中心）。
• 佛罗里达大学柑桔研究与教育中心的William Dawson博士和Choaa El-Mohtar博士。
• 佛罗里达州克里维斯顿市美国糖业旗下Southern Gardens Citrus的Michael Irey。

本研究发表时特别纪念了Erik Mirkov博士，他是AgriLife研究所的植物病理学家，在2018年去世前一直与Mandadi在德克萨斯农工大学AgriLife中心密切合作。两人共同发现了菠菜防御素肽作为保护作物的潜在疗法。