研究人员发现针对难治植物病害的新防治方法

他们的方法利用了菠菜抗菌肽，即防御素，它们天然地保护植物抵御多种病原体。

最近发表在《植物生物技术杂志》上的一项研究中，研究人员表明，某些菠菜防御素可以为柑橘和马铃薯——可能还有其他作物——提供类似的保护。这些效果表明在恢复染病植株产量和提高品质方面取得了显著进展。

该研究由克兰蒂·曼达迪博士领导，他是AgriLife研究所的植物分子生物学家兼德州农工大学植物病理学与微生物学系教授，工作地点位于韦斯拉科的德州农工大学AgriLife研究与推广中心。

"曼达迪博士在植物病理学领域持续展现出卓越的领导力和创新力，推动解决方案以增强农业韧性和粮食安全，"AgriLife研究所副所长兼首席科学官阿米尔·易卜拉欣博士说。"他的开创性工作，从毛状根技术到多肽处理，体现了我们对科学发现的承诺，这些发现赋能农民并维持德州乃至更广泛地区的农业经济。"

恢复柑橘树

曼达迪和他的团队选择菠菜抗菌肽，是因为从先前研究中了解到它们能抵御多种致病真菌和细菌。由于这些肽天然存在于菠菜中，人类也经常食用它们。

2021年，美国环境保护署（EPA）得出结论，美国人群（包括婴儿和儿童）通过饮食接触菠菜防御素是安全的。这使得它们在有效性和安全性方面都成为有吸引力的选择，因为没有已知的健康风险。

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（该研究合作单位）将肽递送到商业柑橘树上。该病毒天然感染柑橘树中致病细菌所在的相同位置。通过简单的嫁接程序，研究人员能够应用该病毒并使其主要自行递送靶向细菌的肽。

在几年时间里，研究小组监测了感染亚洲柑桔黄龙病菌（Candidatus Liberibacter asiaticus，引起柑桔黄龙病的细菌）的柑橘树对特定抗菌肽处理的反应。他们看到了有希望的结果，包括仅单次施用后，与未处理的树相比，果实产量增加多达50%。

恢复马铃薯——及更多

此外，研究人员探索了菠菜肽如何可能增强对茄科黄脉病菌（Candidatus Liberibacter solanacearum）的免疫反应。这种细菌与柑桔黄龙病病原体相关，会导致马铃薯和其他蔬菜的斑马条斑病（zebra chip disease）。

当研究人员在马铃薯中表达抗菌肽时，与未处理的植株相比，马铃薯植株表现出最轻微的病害症状，存在的致病细菌更少，块茎中特征性的斑马条斑变色大大减少，并且块茎数量更多。

总的来说，团队的结果表明，分别添加到柑橘和马铃薯中的两种菠菜抗菌肽产生了令人鼓舞的效果。

展望未来，曼达迪计划探索更广泛的应用并扩展该技术的可能性。他设想创建多种肽的"混合物"，并探索与其他综合管理策略结合使用的效果，以同时控制传播细菌的昆虫。

"这仅仅是个开始，"曼达迪说。"这些抗菌肽作为治疗更广泛农业病害的新方法具有巨大潜力。我们希望能看到这些肽还能支持哪些其他作物。我认为它有潜力成为一种与传统农业实践并行的新型作物广谱治疗方法。"

Southern Gardens Citrus（美国糖业公司的子公司）已从德州农工大学系统获得AgriLife研究所开发的防御素技术的专利权，以及佛罗里达大学病毒载体技术的使用权。他们正与Silvec Biologics合作，将此技术商业化用于对抗引起柑桔黄龙病的细菌。Silvec于2024年1月向EPA提交了申请，要求允许商业使用，这标志着让种植者获得此项创新的关键一步。

合作努力

该研究由美国农业部国家食品与农业研究所资助，并得到Southern Gardens Citrus和授予曼达迪的AgriLife研究所基金的支持。

曼达迪领导了这项研究，合作者包括：

• 在韦斯拉科的德州农工大学AgriLife中心工作的卡门·帕迪拉博士；索尼娅·伊里戈延博士；马尼坎丹·拉马萨米博士；莫娜·达马杰博士；米歇尔·多明格斯；丹尼斯·罗西；以及雷内什·贝德雷博士。
• 佛罗里达大学柑桔研究与教育中心的威廉·道森博士和肖阿·埃尔-莫塔尔博士。
• 佛罗里达州克莱维斯顿南方花园柑橘公司（美国糖业）的迈克尔·艾雷。

该研究的出版物献给埃里克·米尔科夫博士，他是AgriLife研究所的植物病理学家，在2018年去世前曾在德州农工大学AgriLife中心与曼达迪密切合作。两人共同发现了菠菜防御素肽作为保护作物的潜在治疗方法。