西财科创CEO成长训练营五期学员马小舟为共同通讯作者，助力纳米凝胶技术破解植物"生长-防御"权衡难题
图1 | NbAS-B的双重调控机制与PGANP纳米凝胶的应用策略。PGANP纳米凝胶（聚谷氨酸+壳聚糖）通过叶片气孔进入植物细胞，释放谷氨酸后同时激活两条通路：一方面通过SA通路启动免疫防御，另一方面增强光合作用促进生长。
日前，国际顶级学术期刊《Nature Communications》发表了西南大学植物保护学院孙现超教授团队的研究成果。论文题为《Polyglutamate-loaded chitosan nanogels reprogram plant metabolism for increased growth and viral resistance》（聚谷氨酸载壳聚糖纳米凝胶重编程植物代谢实现促生与抗病毒）。该论文由西南大学博士研究生乔刚担任第一作者，孙现超教授为通讯作者，马小舟副教授为共同通讯作者，西南大学为第一完成单位。
马小舟现任西南大学植物保护学院副教授、重庆多敏生物科技有限公司联合创始人兼技术总监，同时为西财科创CEO成长训练营五期学员。本研究中的纳米凝胶材料设计与制备由其主导完成。
植物病毒病被称为"植物癌症"——与细菌病和真菌病不同，病毒一旦侵入植物细胞，尚无可直接治愈的特效药。据农业农村部种植业管理司统计，我国蔬菜病毒病年危害面积达758.6万公顷，直接经济损失超过1,000亿元。与此同时，植物免疫与生长之间存在天然的拮抗关系：激活免疫系统往往以牺牲生长为代价。这一"生长-防御权衡"是农业生物学领域长期未能解决的核心难题。
研究团队发现，植物体内一个进化高度保守的基因——天冬酰胺合成酶B（AS-B），通过其代谢产物谷氨酸同时调控两条关键通路：一方面，谷氨酸激活细胞表面受体GLR3.3，触发钙离子信号级联，启动水杨酸介导的免疫防御；另一方面，谷氨酸参与光合作用调控，提高叶绿素含量与净光合速率，促进生物量积累。换言之，AS-B编码了一把同时开启"免疫"与"生长"的代谢开关。
图2 | PGANP纳米凝胶的制备与表征。a. 静电自组装合成示意图：天然壳聚糖（CS）包裹聚谷氨酸（PGA）形成纳米凝胶；b. 不同浓度配比的纳米凝胶粒径；c. 对应的Zeta电位变化；d. 透射电镜照片。
然而，谷氨酸为水溶性小分子，直接喷施难以被植物有效吸收。为解决这一递送瓶颈，研究团队以带正电荷的天然壳聚糖为载材，通过静电自组装包裹带负电荷的聚谷氨酸，构建了粒径30至72纳米的纳米凝胶粒子（PGANP）。该纳米凝胶可通过叶片气孔高效进入植物组织，在被植物内源酶逐步降解的过程中持续释放谷氨酸超过72小时，实现长效稳定的信号输出。
图3 | PGANP处理抑制TMV感染的定性与定量分析。a. 紫外光下不同预处理组（水、壳聚糖、聚谷氨酸、PGANP系列浓度梯度）的TMV-GFP荧光（绿色）对比；b. TMV-GFP相对表达量定量检测，PGANP（44 μg/mL）组病毒积累量最低；c. PGANP处理后谷氨酸含量升高；d. 水杨酸（SA）含量升高，证实免疫通路被激活。
实验验证表明，PGANP处理后的植株对烟草花叶病毒（TMV）、马铃薯X病毒（PVX）、芜菁花叶病毒（TuMV）、烟草脆裂病毒（TRV）等多种RNA病毒均表现出广谱抗性，一次处理的保护效果可持续2至3周。更值得关注的是，处理组植株在获得抗病毒能力的同时，生物量显著高于对照组——这一"防病且促长"的协同效应，是传统化学药剂和抗病育种策略均无法实现的。
与当前主流纳米农药技术路线不同——后者大多将化学农药成分纳米化以提高递送效率，本质上仍属"被动增效"——PGANP的机制更为底层：它本身不含任何农药活性成分，而是通过释放谷氨酸这一内源性信号分子，激活植物自身的免疫系统。由于不直接杀灭病毒，病毒无法对植物的免疫机制产生抗药性。此外，聚谷氨酸与壳聚糖均为天然高分子材料，生物兼容性良好，可被自然降解，不会在环境中形成残留。
该技术率先瞄准茄科作物病毒病防控。我国茄科主产区长期受到TMV（番茄、辣椒）、PVX（马铃薯）和TuMV（茄科与十字花科）的严重威胁。据已有文献报道，仅番茄黄化曲叶病毒（TYLCV）单一病原即可导致减产30%至50%，严重地块几近绝收。PGANP提供了一种非化学、无抗药性风险且兼具促生效果的新策略，目前相关中试生产验证工作正在推进中。
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研究团队与依托平台
该研究依托西南大学植物保护学院植物免疫与植物病害生态防控团队（Plant Immunity and Plant Disease Control, PIPDC）。团队负责人孙现超教授为重庆市植物保护学会副理事长、全国农用微生物科技与产业创新联盟副秘书长，长期聚焦植物病毒病致灾机制与绿色防控技术研究。马小舟副教授为团队核心成员，重庆北碚缙云英才，主要研究方向为纳米农药载体设计与制备、纳米材料抗菌及抗病毒性能优化。
图4 | Nature Communication论文首页
关于重庆多敏生物科技有限公司
重庆多敏生物科技有限公司成立于2021年，位于重庆市北碚区大学科技园，是一家专注于生物基纳米新材料研发与产业化的国家高新技术企业、重庆市创新型中小企业、入库科技型中小企业、新华信用AAA级信用企业。公司由西南大学科研团队核心成员联合创立，西财科创CEO成长训练营四期学员王志刚担任总经理，孙现超教授担任首席科学家，马小舟博士担任技术总监，核心方向涵盖纳米农药与纳米肥料创制、天然高分子纳米载体设计及植物免疫调控技术开发。公司现有在研管线包括CuONP@ALG-HA铜纳米复合杀菌剂、PGANP纳米凝胶抗病毒促生剂（基于本研究Nature Communications成果的转化项目）以及植物免疫诱导型纳米载体平台，与西南大学、贵州大学、法国国家科学研究中心（CNRS）等机构保持长期合作关系。
图5 | 孙现超教授（右3）、马小舟副教授（右2）和法国国家科学研究中心（CNRS）主任Alberto Bianco教授（中间）及重庆多敏生物和北碚国家大学科技园管理人员合影。
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论文信息
论文：Polyglutamate-loaded chitosan nanogels reprogram plant metabolism for increased growth and viral resistance
期刊：Nature Communications, 2026
DOI：10.1038/s41467-026-70753-0
第一作者：乔刚（西南大学博士研究生）
通讯作者：孙现超*（西南大学）、马小舟*（西南大学/重庆多敏生物）
通讯单位：西南大学植物保护学院、法国国家科学研究中心（CNRS）、贵州大学烟草学院
数据来源
[1] 农业农村部种植业管理司统计数据. 转引自：农户因假农药致水稻绝产……[EB/OL]. 搜狐网, 2020-10-22.
[2] 杨悦俭 等. 番茄黄化曲叶病毒病发生现状与防控对策[J]. 中国蔬菜, 2011.
[3] 刘勇 等. 侵染我国主要蔬菜作物的病毒种类、分布与发生趋势[J]. 中国农业科学, 2019, 52(2): 239-261.
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