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我校在植物纳米技术领域取得新进展

日期：2022-09-14 稿件来源：食品与生物工程学院

近日，我校食品与生物工程学院纳米-生物界面实验室在植物纳米技术领域取得新进展，相关研究工作发表在《ACS Nano》上。合肥工业大学博士生闫勇、硕士生倪敏、硕士生王帆是本文共同第一作者。通讯作者为合肥工业大学的王峰教授和李超副教授。合肥工业大学为唯一通讯单位。本工作得到了国家自然科学基金、安徽省杰出青年基金、中央高校基本科研业务费专项资金、安徽省重点研发计划的资助。

过氧化氢是植物亚细胞、细胞和系统信号的关键调节因子，可作为植物体内多种激素、生理和发育途径的组成部分发挥作用，并在不同生物和非生物条件下的防御和驯化反应中发挥关键作用。然而，生物/非生物胁迫作用下，植物体内产生的过量过氧化氢，对蛋白、脂质、核酸等生物分子造成损伤。因此，掌握植物体内胁迫状态下过氧化氢浓度的实时变化对于弄清过氧化氢的生理功能至关重要。现有的大多数针对植物体内过氧化氢的检测需要分离、研磨植物样本，过程繁琐、耗时且易产生植物应激行为。开发简便、无损、稳定性高的植物生物传感器仍具挑战性。王峰教授课题组基于表界面化学，开发了针对植物器官的金属-有机框架生物传感器，通过光学信号到热学信号的转变，实现了胁迫作用下，实时、无损植物体内过氧化氢检测，用于监测植物的健康状况。该生物传感器在模式植物烟草、经济作物番茄、猕猴桃、草莓中均展现出良好的测试性能。

此外，Nature杂志《自然指数：纳米科学与技术》（Nature Index: Nanoscience and nanotechnology）专刊在线还发表了题为“纳米颗粒提高作物适应力”专题报道，并认为通过纳米材料CRISPR负载基因编辑元件到植物细胞可能是对抗全球饥饿的关键。王峰教授应邀接受采访，介绍了基于脂质交换膜渗透技术在植物基因工程中的应用前景和难点。值得指出的是，在仅两页内容中，只给出了三位教授的观点评述，分别为美国麻省理工学院的Michael Strano教授，美国加州大学伯克利分校的Markita Landry教授和合肥工业大学王峰教授，这对展示和提升我校国际影响力和知名度具有一定的推动作用。

CRISPR-Cas介导的基因组编辑技术在农作物遗传改良方面表现出了巨大的应用前景。传统的植物基因组编辑依赖于成熟的转基因技术体系。然而，CRISPR-Cas的递送仍需借助外力或农杆菌介导，其对植物组织的损伤或物种依赖性制约了该技术的发展。植物纳米技术有望打破植物基因转化瓶颈，实现外源遗传物质在植物细胞中的高效递送和转化，为非物种依赖的高通量植物遗传转化提供可能性，对全球农业种质资源保护利用具有重要借鉴意义。王峰教授正针对农业遗传转化存在的瓶颈，开展纳米植物技术相关研究工作，已获成果（均为合肥工业大学第一单位，王峰教授为通讯作者）三项，包括Advanced Materials发表“纳米技术用于植物基因工程”的综述文章（Adv. Mater.2022,34, 2106945），ACS Nano上分别发表“脂质体纳米马达用于高效植物叶片摄取”（ACS Nano2022, 16, 9019-9030）和“金属-有机框架材料生物传感器用于植物过氧化氢检测”（ACS Nano2022, doi: 10.1021/acsnano.2c06481）的研究性工作。