一种协调的工具箱策略，整合了直接抑制病原体、宿主相关反应以及微生物组重塑等方法，以保护农作物免受侵害

《Journal of Nanobiotechnology》：A coordinated toolbox strategy integrating direct pathogen suppression, host-associated responses, and microbiome remodeling for crop protection

　　

摘要

尽管综合害虫管理提倡协调使用多种病害控制策略，但能够整合互补作物保护功能的单一可喷洒制剂仍处于发展阶段。在此，我们结合了半理性筛选和超分子共组装技术，制备了一种由甘草酸（GA，一种植物来源的两亲性物质）、木兰醇（MN，一种植物来源的抗真菌酚类化合物）和Zn²⁺组成的三元纳米组装体，称为G-M@Zn纳米颗粒。与游离的木兰醇相比，G-M@Zn纳米颗粒使木兰醇的光稳定性提高了3.7倍，耐雨性提高了2.1倍，表明其在模拟的光解和冲刷压力下具有更好的制剂持久性。该纳米制剂在体外对多种植物病原真菌表现出广谱抗真菌活性，并且在小麦穗部感染Fusarium graminearum的模型中，将病害指数从感染对照组的52.5±2.46降低到了22.3±3.4。在毒素诱导条件下，G-M@Zn纳米颗粒还减少了脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）的积累，并下调了关键的TRI基因。机制研究表明，G-M@Zn纳米颗粒的抗真菌活性与F. graminearum的真菌膜损伤和线粒体相关氧化应激有关，而游离的木兰醇虽然也能引发类似的反应，但效果较弱。G-M@Zn纳米颗粒处理还伴随着与宿主防御相关的生理和代谢变化，包括氧化还原调节以及色氨酸/吲哚相关途径的改变，同时小麦穗部的微生物组也发生了变化。初步的生物安全性测试表明，在测试条件下该制剂对作物是安全的，且对蚯蚓的急性毒性较低。通过与F. graminearum的连续传代实验，仅观察到EC₅₀有轻微增加。总体而言，这种三元共组装技术为在单一多功能纳米制剂中整合互补的作物保护功能提供了一种策略，并支持了与综合害虫管理（IPM）兼容的F. graminearum感染控制方法。它还有助于设计结合了改进的制剂持久性、直接抗真菌活性和作物相关生物反应的仿生纳米农药系统。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

尽管综合害虫管理提倡协调使用多种病害控制策略，但能够整合互补作物保护功能的单一可喷洒制剂仍处于发展阶段。在此，我们结合了半理性筛选和超分子共组装技术，制备了一种由甘草酸（GA，一种植物来源的两亲性物质）、木兰醇（MN，一种植物来源的抗真菌酚类化合物）和Zn²⁺组成的三元纳米组装体，称为G-M@Zn纳米颗粒。与游离的木兰醇相比，G-M@Zn纳米颗粒使木兰醇的光稳定性提高了3.7倍，耐雨性提高了2.1倍，表明其在模拟的光解和冲刷压力下具有更好的制剂持久性。该纳米制剂在体外对多种植物病原真菌表现出广谱抗真菌活性，并且在小麦穗部感染Fusarium graminearum的模型中，将病害指数从感染对照组的52.5±2.46降低到了22.3±3.4。在毒素诱导条件下，G-M@Zn纳米颗粒还减少了脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）的积累，并下调了关键的TRI基因。机制研究表明，G-M@Zn纳米颗粒的抗真菌活性与F. graminearum的真菌膜损伤和线粒体相关氧化应激有关，而游离的木兰醇虽然也能引发类似的反应，但效果较弱。G-M@Zn纳米颗粒处理还伴随着与宿主防御相关的生理和代谢变化，包括氧化还原调节以及色氨酸/吲哚相关途径的改变，同时小麦穗部的微生物组也发生了变化。初步的生物安全性测试表明，在测试条件下该制剂对作物是安全的，且对蚯蚓的急性毒性较低。通过与F. graminearum的连续传代实验，仅观察到EC₅₀有轻微增加。总体而言，这种三元共组装技术为在单一多功能纳米制剂中整合互补的作物保护功能提供了一种策略，并支持了与综合害虫管理（IPM）兼容的F. graminearum感染控制方法。它还有助于设计结合了改进的制剂持久性、直接抗真菌活性和作物相关生物反应的仿生纳米农药系统。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。