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[交流] 抗菌肽VG18与KG18最新研究进展

当前，作物病害严重影响农产品质量，化学农药的滥用又带来诸多风险，在此背景下，植物基因工程成为改善作物健康的有力工具，抗菌肽（AMPs）也因广谱活性受到关注。研究通过NMR和MD模拟揭示了VR18和KG18与脂多糖（LPS）的互作机制，这两种肽对哺乳动物细胞无毒、无过敏原性，在植物蛋白酶中稳定，且不扰动植物膜模拟物。

作者团队采用了一种替代策略，过表达两种合理设计的AMPs，即VR18（VARGWGRKCPLFGKNKSR）和KG18（KNKSRVARGWGRKCPLFG）。

这些肽对哺乳动物细胞无细胞毒性，并对多种动物和植物病原体表现出广谱活性。生物物理分析进一步证明，这些肽通过与细菌外膜和内膜脂质成分的相互作用发挥其抗菌作用。重要的是，这些肽不扰动植物模型膜模拟物，并且在含有蛋白酶的植物提取物中稳定。分子生物学和代谢组学研究的结合表明，这些肽在转基因植物中的内源性表达增强了植物的先天防御机制，而不破坏其代谢过程。

作者团队之前设计并表征了合成肽VG16KRKP（VARGWKRKCPLFGKGG），并评估了其对一系列革兰氏阴性细菌病原体的抗菌活性，包括植物和动物相关菌株，以及动物真菌病原体。VG16KRKP表现出广谱抗菌活性，但对革兰氏阴性病原体铜绿假单胞菌和革兰氏阳性细菌缺乏疗效。使用高分辨率NMR的结构分析，结合突变研究，鉴定出残基W5、L11和F12对生物活性至关重要。这些残基形成了一个疏水中心，对膜相互作用至关重要，任何这些残基的替换都会导致抗真菌效力显著降低或完全丧失。

研究采用农杆菌介导转化，将VR18和KG18基因转入烟草。结果显示，转基因烟草在表型上与野生型无异，且有效表达了这两种肽。面对病原菌挑战，转基因烟草展现出强抗性，病害症状显著减少，细菌CFU大幅降低。同时，转基因烟草能有效管理ROS水平，应激基因表达保持稳定，次生代谢谱变化极小，表明外源肽表达未显著影响植物代谢。

此外，研究通过荧光光谱、等温滴定微量热等技术，证实了VR18和KG18与LPS的强亲和力及其破坏细菌膜结构的潜力。还通过NMR光谱揭示了VR18和KG18在LPS双分子层下的3D结构，阐明了其生物活性构象。该研究为开发可持续农业抗病策略提供了新思路，具有重要的理论和应用价值。

来源：Plant Biotechnology Journal 10.5

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