由于其良好的生物相容性和水溶性，羧甲基壳聚糖（CMCS）作为农药载体生物材料得到了广泛的应用。然而，羧甲基壳聚糖偶联香豆素化合物瑞香素（DA）纳米颗粒诱导烟草对青枯病抗性的机制仍然未知。基于此，丁伟教授团队通过DDC缩合法成功制备了能够提高烟草抗病性的生物聚合物纳米颗粒。近日，西南大学植物保护学院丁伟教授课题组在生物化学TOP期刊International Journal of Biological Macromolecules（IF=8.025，一区Top）在线发表了题为Molecular mechanism of plant elicitor daphnetin-carboxymethyl chitosan nanoparticles against Ralstonia solanacearum by activating plant system resistance的研究论文。论文通过将生物聚合物羧甲基壳聚糖偶联香豆素类化合物瑞香素，成功制备了绿色环保的植物免疫诱抗剂。
烟草青枯病自首次在我国报道以来，其发生范围和危害程度就在不断蔓延和加重，每年给烟草行业带来巨大的经济损失，田间烟株一旦感染青枯病，伴随高温高湿的有利发病条件，病株就会迅速发病萎蔫死亡。目前烟草青枯病的防治以化学防治为主，辅以其他防治方法（包括抗病品种筛选、农艺措施管理等）。尽管化学防治对烟草青枯病具有较好的防治效果，但会提高致病菌抗药性、减少烟田土壤生物群落多样性，影响烟田土壤环境质量。近年来，诱导抗性（Induced resistance, IR）是一种有效的植物抗病策略，通过增强植物抗逆性与抗病潜力，使植物对病原菌产生持续、广谱抗性越来越受到重视。研究室前期已经报道了DA可作为植物抗性诱导剂用于提高烟草对青枯病的抗性，但是其差的水溶性影响了其诱导抗病能力，因此，如何在保持其原本的诱导抗病能力的前提下，提高DA的水溶性是香豆素类化合物开发与利用的重要问题。此次丁伟教授团队制备的生物聚合物植物免疫诱抗纳米颗粒，在脱水剂N,N-二环己基碳二亚胺（DCC）和催化剂4-二甲胺基吡啶（DMAP）条件下，利用羧甲基壳聚糖分子上的羧基（-COOH）与瑞香素酚羟基（-OH）的偶联，实现了基于生物聚合物纳米免疫诱抗剂的制备。
在这项研究中，首次成功合成、表征和评估了水溶性CMCS偶联DA纳米颗粒（DA@CMCS-NPs）。CMCS中DA的偶联率为10.05%，并且水溶性增加。此外，DA@CMCS-NPs显着增加了CAT、PPO和SOD植物防御酶的活性，激活了植物系统性获得性获得抗性的指示基因PR1和病程相关基因非表达子的拮抗基因NPR1，并抑制了茉莉酸途径抑制基因JAZ3的表达。该纳米颗粒可以诱导烟草中针对R. solanacearum侵染引起的免疫反应，包括防御酶的增加和发病机制相关（PR）蛋白的过度表达。在盆栽试验中有效延缓了烟草青枯病的发生，接种后8、10和12 d的防治效率分别高达74.23%、67.80%、61.67%。此外，该纳米颗粒还具有较好的生物安全性。
植物保护学院硕士研究生王垚和副教授杨亮博士为该论文共同第一作者，丁伟教授为通讯作者。本研究得到了中国烟草总公司重点科技项目（110202101047 LS-07）、中国烟草总公司贵州省公司科技项目（2022JBXM02）、重庆中烟工业有限责任公司科技项目（YL202201，YL202203）、中国烟草总公司重庆市公司科技项目（B20221NY1312）、中国烟草总公司广东省公司科技项目（2021440000240161），中国博士后科学基金（2021M702707，2022T150541）和重庆市博士后科学基金（cstc2021jcyj-bshX0197）的资助。丁伟教授课题组近年来围绕香豆素类化合物生物活性的研究，在青枯菌致病特性及杀螨机制方面取得了系列进展，研究成果5年内先后在Journal of Advanced Research、Environmental Science: Nano、Pest Management Science和Pesticide Biochemistry and Physiology等
