成果管理

植物病毒广泛存在于全球农作物生产中，每年造成严重减产与经济损失，严重威胁粮食安全。目前常用的化学农药、生物防控和抗病品种选育等措施虽在一定程度上缓解了病害压力，但仍面临防效下降、环境风险大或适用范围有限等问题，迫切需要开发更加高效、安全和可持续的防控策略。锰（Mn2+）是植物生长所必需的微量元素，在光合作用、能量代谢与抗氧化系统调节中发挥重要作用。已有研究表明，外源Mn2+可通过激活植物抗氧化酶系统增强抗病能力，展现出在诱导植物免疫中的应用潜力。更为重要的是，Mn2+在动物中已被证实可通过激活cGAS-STING通路、诱导自噬和线粒体稳态，显著增强抗病毒免疫。然而，与动物系统相比，Mn2+在植物中是否具备诱导系统性抗病毒免疫的能力尚未被揭示，相关功能与信号机制仍属研究空白。深入挖掘Mn2+在植物抗病毒中的作用路径与分子基础，有望为植物病害的绿色防控提供全新思路和理论支持。、

针对该问题，孙现超教授、黄进教授与法国科学研究中心，欧洲科学院院士Alberto Bianco教授团队开发了基于锰的离子型纳米农药（CNC@PDA@ Mn2+）并系统揭示了其在植物抗病毒过程中的显著防控效果及作用机制。该工作以题为“Manganese-Enhanced Nanopesticides Augment Plant Resistance against Viral Infection via an Untapped Macroautophagy Pathway”发表在材料科学顶级期刊《Advanced Functional Materials》上。

本研究开发了一种以纤维素纳米晶（CNC）为载体、聚多巴胺（PDA）螯合Mn²⁺的新型粒子型纳米农药（CPM），显著提升了Mn²⁺的靶向递送效率与生物利用度。在相较传统游离Mn²⁺大幅降低使用浓度的前提下，CPM在植物体内展现出优异的抗病毒性能，有效兼顾防控效率与生物安全性。

研究表明，CPM可在植物叶片细胞中靶向富集，并通过表面活性Mn²⁺直接破坏病毒粒子结构，显著削弱病毒的侵染能力。其在细胞内的微酸性环境（如液泡）或H₂O₂刺激下，PDA中的儿茶酚与Mn²⁺之间的配位被削弱，从而促使Mn²⁺释放，实现Mⁿ²⁺的可控释放。

更重要的是，释放的Mn²⁺能够激活超氧化物歧化酶（SOD）活性，产生活性氧（H₂O₂），作为信号分子诱导转录因子CHE的亚砜化修饰，增强其对抗病基因NbHin1启动子的结合活性，进而上调NbHin1的表达。该基因的上调进一步协调激活以NbHin1为核心的自噬通路，进而触发多种抗病毒防御反应，有效抑制烟草花叶病毒（TMV）、芜菁花叶病毒（TuMV）和马铃薯Y病毒（PVY）等多种植物病毒的侵染。

Figure1：Schematic illustrating the synthesis of CPM (CNC@PDA@Mn²⁺) and its mechanism of enhancing plant antiviral resistance.

上述研究工作由西南大学植物保护学院孙现超教授、化学化工学院黄进教授，以及法国国家科学研究中心（CNRS），欧洲科学院院士Alberto Bianco教授共同指导。西南大学硕士毕业生向顺雨、王靖、谌阳为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金（项目号31870147）、中国烟草总公司重庆公司科技项目（B20241NY1303、B20241NY1310）及国家留学基金委资助项目（202306990064、202006990010）的支持。特别感谢瑞士日内瓦大学、德国马普研究所彭浩然博士和明斯特大学刘昌云博士在相关分子机制研究中提供的宝贵建议与指导。