免费av大片在线看_日本久久东京热午夜_日韩欧美亚洲中文字幕国_大战刚结婚的少妇_亚洲AV成人综合网成人_91九色丨PORNY丨交换_成人动漫网站_欧美在线专区

  近日，西南大學(xué)孫現(xiàn)超教授、黃進(jìn)教授與法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）Alberto Bianco 教授合作，在材料科學(xué)頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一區(qū)TOP，IF=19）、生物學(xué)頂級(jí)期刊《Plant Biotechnology Journal》（中科院一區(qū)TOP，IF=10.5）以及農(nóng)林科學(xué)頂級(jí)期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（中科院一區(qū)TOP，IF=6.2）上發(fā)表系列研究成果，系統(tǒng)報(bào)道了離子型納米農(nóng)藥在植病害防控中的重要進(jìn)展。研究深入揭示了不同離子型納米農(nóng)藥的抗病原機(jī)制及其誘導(dǎo)植物抗性的分子機(jī)制，為綠色高效植物保護(hù)提供了新策略。

  植物病害廣泛存在于全球各類作物中，每年造成約10%~20%的農(nóng)作物減產(chǎn)，據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織估計(jì)，全球每年因此損失超過(guò)2200億美元，嚴(yán)重威脅糧食安全與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。隨著氣候變化和農(nóng)業(yè)集約化的推進(jìn)，植物病害的發(fā)生頻率和傳播范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)植物病害，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍采用化學(xué)農(nóng)藥、生物防控、抗病品種選育等綜合措施進(jìn)行防治。然而，傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥雖然在短期內(nèi)具有一定效果，但存在防治效率逐年下降、病原微生物耐藥性增強(qiáng)的問(wèn)題，且過(guò)度使用會(huì)對(duì)土壤、水體及非靶標(biāo)生物造成環(huán)境污染與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。生物防控和抗病育種雖然更加綠色安全，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨作用慢、適用范圍有限等挑戰(zhàn)。因此，如何實(shí)現(xiàn)高效、可持續(xù)、環(huán)境友好的植物病害防治，已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域亟需突破的關(guān)鍵問(wèn)題。

  金屬離子是植物正常生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，參與多種酶促反應(yīng)、光合作用及抗氧化系統(tǒng)調(diào)節(jié)。近年來(lái)，金屬離子在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛用于調(diào)控植物代謝、增強(qiáng)抗逆性以及防治病原微生物。特別是Zn²⁺和Mn²⁺，在抑制植物病原菌、激活植物防御反應(yīng)、促進(jìn)根系生長(zhǎng)和光合效率等方面表現(xiàn)出關(guān)鍵作用。但作為植物必須的微量元素，Zn²⁺和Mn²⁺雖在促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育及增強(qiáng)抗病性方面具有重要作用，但其過(guò)量施用可能對(duì)植物造成毒害，限制了其在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用。因此，如何在降低施用劑量的同時(shí)提升Zn²⁺和Mn²⁺在植物體內(nèi)的生物利用效率，已成為該領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)上述挑戰(zhàn)，西南大學(xué)孫現(xiàn)超教授與黃進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于纖維素納米晶（CNC）的新型離子型納米農(nóng)藥構(gòu)建策略。該策略利用CNC優(yōu)異的長(zhǎng)徑比和穿透能力作為載體，結(jié)合聚多巴胺（PDA）對(duì)金屬離子的良好螯合作用，制備出PDA@Zn²⁺或PDA@Mn²⁺復(fù)合物，并通過(guò)氫鍵作用將其穩(wěn)定負(fù)載于CNC表面，最終構(gòu)建出表面富含Zn²⁺或Mn²⁺的離子型納米農(nóng)藥CNC@PDA@Zn²⁺與CNC@PDA@Mn²⁺并用于植物病害防治。

工作一：CNC@PDA@Zn²⁺通過(guò)增強(qiáng)Zn²⁺吸收與再分配，調(diào)控植物免疫

  植物病毒，特別是煙草花葉病毒（Tobacco mosaic virus, TMV），廣泛侵染多種重要經(jīng)濟(jì)作物，嚴(yán)重威脅全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全與作物產(chǎn)量穩(wěn)定。傳統(tǒng)的化學(xué)防控手段因其防治效果有限、抗藥性發(fā)展迅速及環(huán)境殘留問(wèn)題，已難以滿足可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。近年來(lái)，誘導(dǎo)植物自身免疫、激活系統(tǒng)性獲得性抗性（systemic acquired resistance, SAR）逐漸成為病毒病綠色防控的研究熱點(diǎn)和重要策略。孫現(xiàn)超教授團(tuán)隊(duì)前期研究（Wang et al., Pesticide Biochemistry and Physiology, 2022, 184, 105100）已證實(shí)，Zn²⁺可通過(guò)調(diào)控細(xì)胞代謝與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，增強(qiáng)植物免疫反應(yīng)，進(jìn)而顯著提升植物對(duì)TMV的抗性，揭示了Zn²⁺在誘導(dǎo)植物抗病性方面的潛力。然而，在研究中發(fā)現(xiàn)Zn²⁺在植物中的利用效率較低，仍需較高劑量才能實(shí)現(xiàn)有效防控，限制了其在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。為提升Zn²⁺的利用效率，孫現(xiàn)超教授與黃進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)深入解析了CNC@PDA@Zn²⁺在植物體內(nèi)促進(jìn)Zn²⁺高效轉(zhuǎn)運(yùn)與精準(zhǔn)再分配、從而誘導(dǎo)系統(tǒng)性抗性的作用機(jī)制。相關(guān)成果以題為“High-permeability cellulose nanocrystals mediate systemic zinc redistribution through nsLTP2-dependent immune potentiation in plants”發(fā)表在生物學(xué)頂刊《Plant Biotechnology Journal》上。

  研究發(fā)現(xiàn)CNC@PDA@Zn²⁺的具有極強(qiáng)的抗病毒能力。僅在鋅離子有效濃度為44 μg/mL時(shí)就可完全TMV-GFP對(duì)植物的侵染（Figure 1）。

Figure 1: The effect of CNC@PDA@Zn²⁺ on TMV-GFP infection in vivo.

  進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CNC@PDA@Zn²⁺可進(jìn)入葉片細(xì)胞并在根、莖、葉中高效積累Zn²⁺（Figure 2）。揭示了CNC@PDA@Zn²⁺既提升了鋅供應(yīng)，又未引發(fā)毒性，具有良好的系統(tǒng)運(yùn)輸能力和安全性。另外，轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明，CNC@PDA@Zn²⁺可誘導(dǎo)多種Zn²⁺結(jié)合蛋白（如超氧化物歧化酶 SOD）的表達(dá)并顯著增強(qiáng)其酶活性（Figure 3a-c）。同時(shí)，該材料顯著上調(diào)非特異性脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 nsLTP2 的表達(dá)，并促使其亞細(xì)胞定位轉(zhuǎn)移至葉綠體和胞外區(qū)域（Figure 3d-g），表明CNC@PDA@Zn²⁺可通過(guò)激活nsLTP2介導(dǎo)的免疫通路，誘導(dǎo)植物產(chǎn)生廣譜抗性。

Figure 2：Translocation of CNC@PDA@Zn²⁺ in N. benthamiana.

Figure 3:CNC@PDA@Zn²⁺ alters nsLTP2 expression

  綜上所述，研究表明CNC@PDA@Zn²⁺可依托CNC優(yōu)異的滲透性，實(shí)現(xiàn)Zn²⁺在植物體內(nèi)的高效運(yùn)輸與精準(zhǔn)分配。同時(shí)通過(guò)調(diào)控nsLTP2的表達(dá)及亞細(xì)胞定位，激活水楊酸依賴的系統(tǒng)性抗性通路，從而協(xié)同增強(qiáng)植物的抗病毒能力與鋅營(yíng)養(yǎng)調(diào)控效果。

工作二：CNC@PDA@Mn²⁺激發(fā)自噬，誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性

  錳（Mn）不僅是植物光合作用、能量代謝及酶活化等基本生理過(guò)程中不可或缺的營(yíng)養(yǎng)元素，近年來(lái)研究還揭示其在植物抗病中的關(guān)鍵作用，尤其是在調(diào)控氧化應(yīng)激反應(yīng)方面。例如，外源Mn²⁺可顯著增強(qiáng)番茄和豆科植物中抗氧化酶的活性，從而提升其對(duì)根腐病等病原菌的抵抗力，表明Mn²⁺在誘導(dǎo)植物防御反應(yīng)中具有重要潛力。然而，關(guān)于Mn²⁺是否能夠誘導(dǎo)植物系統(tǒng)性抗性，尤其是其在植物抗病毒中的功能及機(jī)制，目前仍缺乏系統(tǒng)研究。相較而言，Mn²⁺在動(dòng)物體內(nèi)的免疫調(diào)控功能已被廣泛揭示，研究表明Mn²⁺可通過(guò)激活胞質(zhì)DNA傳感器cGAS及其下游適配蛋白STING，顯著增強(qiáng)抗病毒免疫反應(yīng)。此外，MnCl₂處理能顯著提升細(xì)胞對(duì)單純皰疹病毒1型和水泡性口炎病毒的抵抗力。與此同時(shí)，Mn²⁺還可誘導(dǎo)保護(hù)性自噬反應(yīng)，促進(jìn)ROS積累和線粒體自噬，增強(qiáng)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和抗壓能力，甚至提升化療和免疫治療的協(xié)同效果。這些機(jī)制為Mn²⁺可能在植物中調(diào)控抗病毒免疫提供了啟發(fā)。

  盡管Mn²⁺在動(dòng)物抗病毒研究中已顯示出顯著效果，但其在植物抗病毒中的作用及相關(guān)機(jī)制仍未被明確，研究尚屬空白。鑒于此，系統(tǒng)揭示Mn²⁺在植物抗病毒中的功能及其潛在的信號(hào)調(diào)控路徑具有重要的理論意義與應(yīng)用前景。針對(duì)該問(wèn)題，孫現(xiàn)超教授、黃進(jìn)教授與法國(guó)科學(xué)院Alberto Bianco院士團(tuán)隊(duì)首次證實(shí)了Mn²⁺及其復(fù)合材料（CNC@PDA@ Mn²⁺）在植物中的顯著抗病毒效應(yīng)。機(jī)制研究表明，CNC@PDA@ Mn²⁺可通過(guò)上調(diào)抗病相關(guān)基因NbHin1的表達(dá)，進(jìn)一步激活植物自噬通路，進(jìn)而誘導(dǎo)系統(tǒng)性抗性，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種植物病毒的廣譜抑制。這一發(fā)現(xiàn)為Mn²⁺在植物病毒防治中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)，并為開(kāi)發(fā)新型綠色植保策略提供了創(chuàng)新思路。該工作以題為“Manganese-Enhanced Nanopesticides Augment Plant Resistance against Viral Infection via an Untapped Macroautophagy Pathway”在材料科學(xué)頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》上成功發(fā)表。

  在本研究中，作者證實(shí)CNC@PDA@Mn²⁺ (CPM)能夠在植物葉片細(xì)胞中富集，其相較于游離態(tài)Mn²⁺對(duì)病毒粒子具有更強(qiáng)的破壞能力。該材料可通過(guò)直接破壞病毒粒子的結(jié)構(gòu)，有效削弱植物病毒的感染能力（Figure 1）。

Figure 1：CPM affects the morphology of TMV particles, and pretreatment of TMV with CPM reduces TMV infectivity in N. benthamiana.

  此外，研究還揭示了CPM在植物體內(nèi)釋放Mn²⁺的機(jī)制。當(dāng)該材料富集于植物細(xì)胞后，細(xì)胞內(nèi)的微酸性環(huán)境（如液泡）可削弱PDA中兒茶酚基團(tuán)與Mn²⁺之間的配位作用，從而促進(jìn)Mn²⁺的釋放（Figure 2）。同時(shí)，釋放的Mn²⁺可與超氧化物歧化酶（SOD）反應(yīng)生成H₂O₂，后者又可進(jìn)一步加速PDA的降解，形成一個(gè)正反饋機(jī)制，持續(xù)增強(qiáng)Mn²⁺的釋放效率。

Figure 2：CPM enrichment in plant vacuoles and its controlled Mn²⁺ release efficiency.

  進(jìn)一步研究表明，CPM可在植物體內(nèi)顯著增強(qiáng)抗病相關(guān)酶（如SOD和POD）的活性。其中，CPM激活的SOD產(chǎn)生的H₂O₂可能作為關(guān)鍵信號(hào)分子，通過(guò)亞砜化修飾轉(zhuǎn)錄因子CCA1 Hiking Expedition（CHE），增強(qiáng)其對(duì)抗病基因NbHin1啟動(dòng)子的結(jié)合能力，從而上調(diào)NbHin1的表達(dá)。該基因的上調(diào)進(jìn)一步協(xié)調(diào)激活以NbHin1為核心的巨自噬通路，進(jìn)而觸發(fā)多種抗病毒防御反應(yīng)，有效抑制煙草花葉病毒（TMV）、蕪菁花葉病毒（TuMV）和馬鈴薯Y病毒（PVY）等多種植物病毒的侵染。

Figure 3：Alteration of Hin1 expression levels in response to nanopesticide exposure.

  在本研究中，作者構(gòu)建了一種以CNC為載體、PDA螯合Mn²⁺的新型納米農(nóng)藥（CPM），實(shí)現(xiàn)了Mn²⁺的高效遞送與安全應(yīng)用，并首次將其成功用于植物抗病毒。該材料可在葉片中富集，表面Mn2?通過(guò)破壞病毒結(jié)構(gòu)抑制感染，并在細(xì)胞內(nèi)酸性或H₂O₂刺激下持續(xù)釋放Mn²⁺，兼具促生長(zhǎng)與環(huán)境響應(yīng)功能。此外，CPM還能激活SOD產(chǎn)生活性氧，誘導(dǎo)CHE調(diào)控NbHin1表達(dá)并啟動(dòng)自噬通路，增強(qiáng)植物系統(tǒng)性抗病毒免疫（Figure 4）。本研究不僅開(kāi)發(fā)了高效抗病毒納米平臺(tái)，也揭示了Mn²⁺參與植物免疫的新機(jī)制。

Figure 4：Schematic illustrating the synthesis of CPM (CNC@PDA@Mn²⁺) and its mechanism of enhancing plant antiviral resistance.

工作三：CNC@PDA@Zn²⁺增強(qiáng)Zn²⁺對(duì)卵菌無(wú)性繁殖的抑制作用

  植物卵菌是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域極具破壞性的病原體，能引發(fā)多種嚴(yán)重植物病害，導(dǎo)致作物大面積枯萎和產(chǎn)量銳減。例如，馬鈴薯晚疫病的爆發(fā)曾引發(fā)19世紀(jì)愛(ài)爾蘭大饑荒，造成廣泛的糧食危機(jī)，充分暴露了卵菌對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和全球糧食安全的重大威脅。目前，植物卵菌的防治主要依賴化學(xué)農(nóng)藥，但長(zhǎng)期使用容易導(dǎo)致病原產(chǎn)生耐藥性，降低防控效果。近年來(lái)研究表明，孢子是卵菌傳播和感染的關(guān)鍵來(lái)源，抑制其無(wú)性繁殖過(guò)程，尤其是孢子囊的形成與孢子的釋放，對(duì)于有效防控病害至關(guān)重要。近些年來(lái)，Zn²⁺被報(bào)道具備抑制卵菌繁殖的潛力�；诖�，孫現(xiàn)超教授與黃進(jìn)教授系統(tǒng)研究了CNC@PDA@Zn²⁺對(duì)辣椒疫霉無(wú)性繁殖的抑制作用及其分子機(jī)制，相關(guān)結(jié)果以題為“Harnessing CNC-Carrier Nanomaterials for Enhanced Zn²⁺-Mediated Inhibition of Oomycete Asexual Reproduction”發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)TOP期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》。

  在該研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，CNC@PDA@Zn²⁺（CPZ）因表面高密度富集的Zn²⁺，顯著增強(qiáng)了對(duì)辣椒疫霉孢子囊形成及孢子釋放的抑制效果（Figure 1），同時(shí)還能破壞孢子細(xì)胞膜，進(jìn)一步抑制孢子活力（Figure 2）。

Figure 1：CPZ inhibits the asexual reproduction of P. capsica.

  機(jī)制研究表明，CPZ通過(guò)抑制辣椒疫霉無(wú)性生殖相關(guān)基因（PcATP4、cdc及G蛋白）的表達(dá)，進(jìn)而顯著降低其對(duì)植物的侵染能力（Figure 2）。

Figure 2: CPZ disrupts spore cell structure and inhibits the expression of asexual reproduction-related genes.

  綜上所述，作者在本研究中發(fā)現(xiàn)，CPZ不僅顯著增強(qiáng)了對(duì)卵菌的殺滅效果，還實(shí)現(xiàn)了用量的降低和生物安全性的提升。CPZ通過(guò)抑制關(guān)鍵孢子形成基因（PcATP4、cdc和G蛋白）的表達(dá)，有效抑制了辣椒疫霉（P. capsici）孢子囊的形成及孢子的釋放，進(jìn)一步地破壞孢子細(xì)胞膜并改變細(xì)胞器結(jié)構(gòu)進(jìn)而抑制P. capsici對(duì)寄主的侵染能力（Figure 3）。本研究創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)并合成了一種針對(duì)卵菌無(wú)性繁殖的離子型納米農(nóng)藥，為卵菌防治提供了全新的策略和研究方向。

Figure 3: Synthesis Strategy of CNC@PDA@Zn²⁺ and Its Application in Controlling P. capsici in Peppers.

  上述研究工作由西南大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院孫現(xiàn)超教授、化學(xué)化工學(xué)院黃進(jìn)教授，以及法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS），歐洲科學(xué)院院士Alberto Bianco教授共同指導(dǎo)。西南大學(xué)碩士畢業(yè)生向順雨、王靖、王小燕、諶陽(yáng)和陳美均為相關(guān)論文的共同第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目號(hào)31870147）、中國(guó)煙草總公司重慶公司科技項(xiàng)目（B20241NY1303、B20241NY1310）及國(guó)家留學(xué)基金委資助項(xiàng)目（202306990064、202006990010）的支持。特別感謝瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)、德國(guó)馬普研究所彭浩然博士和明斯特大學(xué)劉昌云博士在相關(guān)分子機(jī)制研究中提供的寶貴建議與指導(dǎo)。

  原文鏈接

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jafc.5c00381

  https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202500538

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70230