综述：适配体作为植物病害管理的新兴工具：从生物传感到主动调控

《iScience》：Aptamers as emerging tools for plant disease management: From biosensing to active modulation

本综述系统阐述了适配体（Aptamer）在植物病害管理中的前沿应用。文章重点对比了适配体与传统抗体在特异性、稳定性及生产周期等方面的优势（SELEX技术），并详述了其在植物激素（如ABA、SA）与病原体检测、以及通过干扰病原体效应因子（如HopU1）和调控植物免疫实现主动防御的双重功能。作者展望了适配体技术与微流控、CRISPR及人工智能（AI）等新兴技术融合，推动植物病害防控向智能化、精准化发展的巨大潜力。

　　

适配体：革新植物病害管理的分子利器

在农业生产中，植物病害是威胁全球粮食安全和农业可持续发展的主要生物限制因素，每年造成作物产量巨大损失和经济负担。传统植物病害检测与管理方法在灵敏度、特异性及田间适用性方面存在局限。适配体（Aptamer）是一类通过指数富集的配体系统进化技术（SELEX）从体外筛选获得的小分子单链寡核苷酸（ssDNA或RNA），其凭借高亲和力、高特异性、易于合成修饰及稳定性好等优势，正成为植物病害管理中极具前景的新型工具。

适配体的特性与筛选机制

适配体长度通常在10-100个核苷酸（nt）之间，能在特定离子（如Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺）诱导下形成茎环、发夹或G-四链体等特异空间构象，通过氢键、范德华力、疏水作用及静电效应等分子间作用力，以“锁钥”或“诱导契合”模型高特异性结合靶标。与抗体相比，适配体具有靶标范围广（从无机离子、小分子到整个微生物）、生产周期短、批次差异小、稳定性高、修饰灵活及无免疫原性等显著优点。

SELEX技术是筛选适配体的核心方法。其基本流程包括：合成带有随机区域的单链DNA或RNA文库；通过靶标孵育、分离与扩增的迭代循环富集高亲和力序列；对最终富集库进行测序；通过生物信息学分析和亲和力、特异性验证获得候选适配体。多种SELEX变体如磁珠SELEX、毛细管电泳SELEX等的出现，进一步提高了筛选效率。

在相邻领域的成功应用为植物病害管理奠定基础

适配体在食品安全、环境监测和医学诊断等相邻领域的成功应用，充分展示了其技术潜力。

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  食品安全：适配体传感器已用于检测食源性致病菌（如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌）、生物毒素（如曲霉毒素A、冈田酸）及过敏原等，展现出高灵敏度与快速检测能力。
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  环境监测：针对重金属离子（Pb²⁺、Hg²⁺等）、抗生素及环境雌激素等污染物开发的适配体传感器，具有操作简便、成本低、选择性好等特点。
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  医学诊断与治疗：适配体在病毒（如SARS-CoV-2、流感病毒）检测、癌症生物标志物识别及靶向药物递送（如适配体-药物偶联物、适配体-siRNA嵌合体）方面成果显著，首个适配体药物Pegaptanib（Macugen）已获批用于治疗年龄相关性黄斑变性。

适配体在植物病害管理中的应用前景

适配体在植物病害管理中的应用主要体现在两个方面：作为高灵敏检测工具的核酸适配体，以及作为功能调控分子的肽适配体。

肽适配体

肽适配体是短氨基酸序列，可作为靶向分子抑制剂或调节剂。通过竞争性结合靶蛋白关键功能域，精确干扰蛋白质-蛋白质或蛋白质-核酸相互作用，从而负向或正向调控靶基因功能。例如，通过在水稻中表达肽适配体模拟RNAi表型，揭示了MAGO和Y14蛋白在水稻生长发育中的关键作用。基于CLV3蛋白设计的肽适配体可用于筛选拟南芥突变体。外源应用环肽适配体或微小肽（micropeptide）甚至可以通过调控miRNA水平影响转录因子丰度，在田间试验中对大豆、小麦和马铃薯病害显示出75%的防控效果。

核酸适配体

1. 1.
   植物激素检测：适配体传感器为植物激素检测提供了高灵敏度、便携式解决方案。例如，集成适配体传感器与毛细管微流控接口的芯片平台，实现了植物样品中脱落酸（ABA）和水杨酸（SA）的高通量、自动化检测，检测限达0.1 μM。此外，针对玉米素、系统素等激素的适配体传感器也被开发出来。
2. 2.
   病原体检测与互作研究：适配体可直接用于识别病原体。例如，针对丁香假单胞菌效应因子HopU1的RNA适配体，能通过干扰HopU1功能增强植物抗病性。针对灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）关键毒力因子BcSOD1的DNA适配体，能有效抑制真菌生长。适配体还可用于检测黄单胞菌、大豆锈病菌孢子、葡萄霜霉病和马铃薯晚疫病菌等。荧光RNA适配体报告系统（如Broccoli）可用于追踪植物细胞外囊泡中的mRNA及其向真菌细胞的转移，为研究跨界通信提供了工具。

结论与展望

尽管适配体技术在植物病害管理中的应用尚处于起步阶段，但其在检测与主动防御方面的双重功能展现出巨大潜力。未来发展面临适配体筛选效率、传感器稳定性、田间条件下适配体稳定性、高效递送系统以及监管框架等挑战。通过克服这些挑战，并与微流控、CRISPR、人工智能等新兴技术深度融合，适配体技术有望为实现智能化、精准化的植物病害可持续防控提供创新性强大工具，推动精准农业的发展。