研究人员发现对抗难以防治的植物病害的新型防御方法

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他们的方法利用菠菜抗菌肽，即防御素，它们能天然保护植物抵御多种病原体。

在最近发表于《植物生物技术杂志》的一项研究中，研究人员证明某些菠菜防御素能为柑橘和马铃薯——可能还包括其他作物——提供类似的保护作用。这些效果在恢复染病植株产量和提升品质方面展现出显著进展。

该研究由农业生命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Kranthi Mandadi博士领导，其工作地点位于韦斯拉科的德克萨斯农工大学农业生命研究与推广中心。

农业生命研究所副所长兼首席科学官Amir Ibrahim博士表示："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精神，推动着增强农业韧性和粮食安全的解决方案。从毛状根技术到多肽疗法，他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。"

拯救柑橘树

Mandadi及其团队在获悉先前研究表明菠菜抗菌肽能抵御多种病原真菌和细菌后，选择了这类物质。由于这些多肽天然存在于菠菜中，人类也经常摄入。

2021年，美国环境保护署（EPA）得出结论：包括婴儿和儿童在内的美国人群通过饮食接触菠菜防御素是安全的。这使其在有效性和安全性方面成为极具吸引力的选择，因其不构成已知健康风险。

研究人员使用佛罗里达大学合作研究者开发的良性病毒，将多肽递送至商业柑橘树。该病毒会天然感染致病细菌所在的相同树体部位。通过简单的嫁接操作，研究人员能施用该病毒，使其主要自主递送靶向细菌的多肽。

在数年间，研究团队监测了感染柑橘黄龙病致病菌——亚洲韧皮杆菌（Candidatus Liberibacter asiaticus）的柑橘树对特定抗菌肽处理的反应。他们观察到积极效果：仅单次施用后，相比未处理树木，果实产量提升高达50%。

拯救马铃薯——及更多作物

此外，研究人员探索了菠菜多肽如何增强对茄科韧皮杆菌（Candidatus Liberibacter solanacearum）的免疫反应。该细菌与柑橘黄龙病病原体相关，会引发马铃薯及其他蔬菜的斑马纹病。

当研究人员在马铃薯中表达抗菌肽时，相较于未处理植株，马铃薯植株仅表现出轻微病症，所含致病菌减少，块茎中特征性斑马纹变色现象大幅减轻，且结薯数量增加。

总体而言，团队研究结果表明，分别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。他设想创建多种多肽的"组合疗法"，并研究其与其他综合管理策略（如控制传播细菌的昆虫）结合使用的效果。

"这只是个开端，"Mandadi表示，"这些抗菌肽作为应对更广泛农业病害的新型疗法前景广阔。我们期待探索这些多肽还能支持哪些作物。我认为它有望与传统农业实践相结合，成为一种新的作物广谱防治方法。"

美国糖业公司子公司南方花园柑橘公司已从德克萨斯农工大学系统获得农业生命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使用权。他们正与Silvec Biologics合作，将该技术商业化以对抗柑橘黄龙病致病菌。2024年1月，Silvec向美国环保署提交了商业应用申请，标志着这一创新成果向种植者推广迈出关键一步。

协作成果

该研究由美国农业部国家食品与农业研究所资助，并得到南方花园柑橘公司及授予Mandadi的农业生命研究基金支持。

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农业生命中心）。
• 佛罗里达大学柑橘研究与教育中心的William Dawson博士和Choaa El-Mohtar博士。
• 佛罗里达州克莱维斯顿美国糖业公司南方花园柑橘的Michael Irey。

该研究发表时特别致敬Erik Mirkov博士。这位农业生命研究所植物病理学家在2018年去世前，曾与Mandadi在德克萨斯农工大学农业生命中心密切合作。两人共同发现了菠菜防御素多肽作为保护作物的潜在疗法。