Nature Commun | 西南大學孫現超/馬小舟/貴州大學蔡璘合作開發植物病毒防治新策略！

植物病毒病害被稱為植物界的“癌癥”，其中煙草花葉病毒（TMV）作為首個被發現的植物病毒，至今仍在全球范圍內對番茄、辣椒等重要經濟作物構成嚴重威脅。傳統的化學防治不僅易導致抗藥性，還會造成環境污染。如何在增強植物抗病毒能力的同時不抑制其生長發育，成為植物保護領域亟待解決的科學難題。

2026年3月30日，西南大學植物保護學院孫現超教授、馬小舟副教授團隊與貴州大學蔡璘教授在《自然·通訊》（Nature Communications）發表了題為《聚谷氨酸負載殼聚糖納米凝膠通過重編程植物代謝增強生長與病毒抗性》的研究成果。研究團隊揭示了天冬酰胺合成酶NbAS-B調控植物生長與免疫的雙重功能，并以此為基礎開發出聚谷氨酸納米凝膠（PGANPs），實現了對植物抗病性與生長的協同調控。

研究團隊首先利用CRISPR/Cas9技術構建了NbAS-B基因敲除和過表達的本氏煙植株。結果顯示，過表達NbAS-B的植株對TMV、PVX等多種病毒表現出顯著增強的抗性，且抗病能力與基因表達水平呈正相關；同時，這些植株的根長、株高和生物量均顯著增加，呈現出“抗病又高產”的特性。相反，敲除該基因的植株則更易感病，生長也受到明顯抑制。

通過轉錄組和靶向代謝組聯合分析，研究團隊發現NbAS-B過表達顯著上調了光合作用、淀粉和蔗糖代謝等相關通路，同時激活了植物防御反應相關的鈣離子信號和MAPK信號通路。代謝組數據顯示，過表達植株中谷氨酸含量顯著升高，而作為其催化底物的谷氨酰胺則相應減少。這表明NbAS-B通過調節氮代謝重塑了植物的生理狀態。

進一步的抑制劑實驗證實，谷氨酸是NbAS-B介導抗病性的關鍵代謝物。外源施加谷氨酸可顯著增強植株對TMV的抗性，而谷氨酸合成抑制劑處理則會削弱轉基因植株的抗病效果。研究還發現，谷氨酸處理能誘導水楊酸信號通路關鍵基因PR1和ICS1的表達，且在缺鹽水楊酸的NahG突變體中，谷氨酸的抗病毒作用完全喪失，說明谷氨酸誘導的抗性依賴于水楊酸信號通路。

為了提高谷氨酸的利用效率，研究團隊利用帶正電的殼聚糖包裹聚谷氨酸，成功構建了粒徑約47納米的PGANP納米凝膠。該納米材料具有良好的細胞滲透性和緩釋特性，在葉片表面可維持72小時以上的持續釋放。熒光標記實驗顯示，PGANP能夠通過氣孔高效進入植物細胞，并在植物蛋白酶的作用下逐步釋放出谷氨酸，持續激活防御基因表達。

利用谷氨酸受體基因nbglr3.3敲除突變體，研究證實PGANP誘導的抗性依賴于GLR3.3受體介導的鈣信號通路。PGANP處理能顯著提高植株內源谷氨酸和水楊酸含量，上調PR1、NPR1等防御基因表達，而對脫落酸和乙烯通路無明顯影響。在模擬雨水沖刷實驗中，PGANP在葉片表面的保留能力顯著優于游離谷氨酸，展現出良好的田間應用潛力。

安全性評價結果顯示，PGANP處理不僅對種子萌發和植株生長無不良影響，反而能促進根長和株高的增加。這種“生長免疫雙促進”的特性，使PGANP成為一種環境友好、可持續的植物病毒防控新策略。該研究從解析植物內源調控機制出發，通過納米技術手段實現了對關鍵代謝通路的精準干預，為作物病害綠色防控提供了全新思路。

西南大學在讀博士研究生喬剛為論文第一作者，孫現超教授為通訊作者，馬小舟副教授和貴州大學蔡璘教授為共同通訊作者，西南大學為第一完成單位。博士研究生劉昌云、田紹銳，以及本科生楊娟、肖思怡參與了部分工作，法國國家科學研究中心Alberto Bianco教授及Corcelle Céline在文章修改過程的材料合成方面給予了幫助。該研究得到了國家自然科學基金（31870147，31670148，32570175）、中國煙草總公司重慶市公司科技項目（B20251NY1304，B20241NY1303 and B20241NY1310）等項目的資助。

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