研究人员发现针对难治性植物病害的新型防治手段

他们的方法利用了菠菜的抗菌肽，即防御素，它们天然地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，研究人员表明，一些菠菜防御素可以为柑橘和马铃薯提供类似的保护作用——并可能惠及其他作物。这些效应在恢复染病植株产量和提高品质方面显示出显著进展。

该研究由阿格里生命研究中心的植物分子生物学家、德州农工大学植物病理与微生物学系教授克兰西·曼达迪（Kranthi Mandadi）博士领导，他的实验室位于韦斯拉科的德州农工大学阿格里生命研究与推广中心。

阿格里生命研究中心副主任兼首席科学官阿米尔·易卜拉欣（Amir Ibrahim）博士表示："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，为推动农业复原力与粮食安全的解决方案不断前进。他从毛状根技术到肽类治疗的开创性工作，体现了我们致力于科学发现，以赋能农民并维持德克萨斯州及其他地区农业经济的承诺。"

柑橘树的恢复

曼达迪及其团队在了解到先前研究表明菠菜抗菌肽能抵御多种致病真菌和细菌后，选择了它们。由于这些肽天然存在于菠菜中，人类也经常食用。

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。这使它们因其有效性和安全性成为一个有吸引力的选择，且无已知健康风险。

研究人员利用由佛罗里达大学研究人员（该研究的合作者）开发的一种良性病毒，将肽递送至商业柑橘树。该病毒天然感染树木的部位与致病细菌的定殖位置相同。通过一个简单的嫁接程序，研究人员能够应用该病毒，使其主要在自身作用下递送靶向细菌的肽。

在几年时间里，研究团队监测了感染亚洲韧皮杆菌（Candidatus Liberibacter asiaticus，导致柑橘黄龙病的细菌）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，包括仅单次施用后，相较于未处理的树木，果实产量可增加高达50%。

马铃薯的恢复——及更多

此外，研究人员还探索了菠菜肽如何增强对茄科韧皮杆菌（Candidatus Liberibacter solanacearum）的免疫反应。这种细菌与柑橘黄龙病病原体相关，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这些抗菌肽时，与未处理的植株相比，马铃薯植株表现出极轻微的症状、存在的致病菌更少、块茎中特征性的斑马条斑变色现象大大减少，并且块茎数量更多。

总体而言，该团队的结果表明，分别添加到柑橘和马铃薯中的这两种菠菜抗菌肽产生了令人鼓舞的效应。

展望未来，曼达迪计划探索更广泛的应用并拓展该技术的可能性。他设想创建多种肽的"组合疗法"，并探索将其与其他综合管理策略结合使用时的效果，以同时控制传播细菌的昆虫。

"这只是个开始，"曼达迪说。"这些抗菌肽作为一种治疗更广泛农业病害的新方法前景广阔。我们期待了解这些肽还能支持哪些其他作物。我认为它有可能成为一种与传统农业实践并行的新型作物广谱防治方法。"

美国糖业公司的子公司南方花园柑橘公司（Southern Gardens Citrus）已从德克萨斯农工大学系统获得了阿格里生命研究中心开发的防御素技术的专利权许可，以及佛罗里达大学的病毒载体技术使用权。他们正与Silvec Biologics公司合作，将该技术商业化，用于对抗导致柑橘黄龙病的细菌。Silvec于2024年1月向EPA提交了允许商业应用的申请，这是使种植者能够获取这项创新的关键一步。

协作努力

该研究由美国农业部国家食品与农业研究所资助，并得到了南方花园柑橘公司和授予曼达迪的阿格里生命研究基金的支持。

曼达迪领导了这项研究，合作者包括：

• 卡门·帕迪利亚（Carmen Padilla）博士；索尼娅·伊里戈延（Sonia Irigoyen）博士；马尼坎丹·拉马萨米（Manikandan Ramasamy）博士；莫娜·达马杰（Mona Damaj）博士；米歇尔·多明格斯（Michelle Dominguez）；丹尼斯·罗西（Denise Rossi）；以及雷内什·贝德（Renesh Bedre）博士，他们曾在韦斯拉科的德州农工大学阿格里生命中心工作。
• 佛罗里达大学柑橘研究与教育中心的威廉·道森（William Dawson）博士和乔阿·埃尔-莫塔（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公司的迈克尔·艾瑞（Michael Irey）。

该研究的出版物献给埃里克·米尔科夫（Erik Mirkov）博士，他是阿格里生命研究中心的植物病理学家，在2018年去世前与曼达迪在德州农工大学阿格里生命中心密切合作。两人共同发现了菠菜防御素肽可作为保护作物的潜在治疗方法。