全球农业正处于转型关键期，化学农药的过度使用在保障粮食产量的同时，也引发了生态破坏、食品安全与病虫害抗药性等问题，研发高效、环保、可持续的农业投入品已成为突破农业发展瓶颈的核心方向。
植物源肽（phytopeptides），作为植物自身演化形成的生长、发育和逆境适应天然调控分子，凭借可生物降解、生物相容性好、靶向性强等独特优势，成为生物农药和生物刺激素研发的核心方向，为农业绿色发展打开了全新视野（2026植物研究热点：小分子“抗菌肽”，解锁植物调控机制新认知）。
近期，四川农业大学发表于《Molecular Plant》的最新综述，系统梳理了植物肽从鉴定到农业应用的全链条研究进展，剖析了当前产业化面临的核心瓶颈，并提出了融合人工智能、纳米技术、合成生物学的一体化创新框架，为植物肽在农业领域的规模化应用指明了方向。
研究背景
化学农药困局之下，植物肽的天然优势凸显
农药是保障全球粮食安全的关键技术，数据显示，若停用农药，全球水果、蔬菜、谷物产量将分别下降 78%、54% 和 32%。但长期大量使用化学农药，已造成严重生态污染与健康风险，并导致病虫害抗药性不断增强，形成 “用药 — 抗药 — 加量” 的恶性循环。
在此背景下，绿色高效的生物农药（BioP&S）已成为全球农业生物技术研发的重要方向。依据美国环保署（EPA）界定，生物农药包括生物化学农药、微生物农药及植物源农药等。植物源肽作为新兴生物农药，是植物内源活性小分子肽，可调控生长发育、激活免疫抗逆、抵御生物胁迫，是植物与环境互作的重要信号分子。
植物肽在农业中应用潜力突出：既可直接抑菌抗病、激活植物免疫，也能精准调控生长、增强耐盐、抗旱等抗逆能力，部分还具备除草剂潜力。与化学农药相比，植物肽具有环境友好、靶向性强、易降解无残留等优势，是支撑可持续农业的理想材料。
然而，植物肽的商业化应用仍面临诸多瓶颈：活性肽资源挖掘不足、生产成本偏高、生态风险评估体系不健全、田间应用模式不清晰。如何突破关键技术瓶颈，推动植物肽从基础研究走向田间应用，已成为当前亟需解决的重要科学与技术问题。
研究内容：
六大维度，构建植物肽农业应用的全链条创新体系
该研究从植物肽鉴定、生物农药理性设计、生物制造工程优化、生态毒理分析、肽与种质资源协同创新、田间集成应用六大核心维度（图1），系统阐述了植物肽从基础研究到农业产业化的关键技术突破和创新方向，为植物肽生物农药的研发和应用搭建了一体化框架。
图1 植物肽生物刺激素与生物保护剂（BioP&S）研发及应用流程示意图
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植物肽鉴定：从传统方法到多组学+AI，解锁肽类多样性
植物肽基因组来源广泛，涵盖蛋白编码基因与非编码序列，且存在低丰度、结构多样的特征，传统鉴定方法难以全面挖掘。目前其鉴定技术已从早期生物测定导向法、正向遗传学方法，发展为以多组学整合、生物信息学预测为核心的策略，结合质谱技术升级与 AI 赋能，实现了肽类挖掘的高效化、精准化（图2）。
凌恩生物基于已有的抗菌肽数据库（APD），新增宏基因组抗菌肽注释分析流程，助力多领域研究人员深入挖掘AMP（IF=103.3|抗菌肽：对抗耐药菌的利器）。
多组学整合：优化质谱、改进样本制备流程，结合转录组、蛋白质组、核糖体测序等多组学数据交叉验证，显著提升低丰度肽与非经典肽的检测效率，如在玉米中鉴定出 1993 种新型非经典肽；
生物信息学升级：通过隐马尔可夫模型、编码潜能预测工具等优化基因组注释流程，弥补传统注释对小开放阅读框的遗漏，如在蒺藜苜蓿中重新注释出 4439 个小分泌肽编码基因，其中2455个为新发现；
AI赋能挖掘：KNN、NB、Transformer 等机器学习算法已用于抗菌肽高通量筛选，研发效率提升 10 倍以上；AI 还可预测肽的酶切位点、结构特征，助力新型功能肽发现，未来将成为植物肽鉴定的核心手段。
图2 多肽鉴定领域的研究进展
（A）通过仪器灵敏度优化与定制化数据库比对分析提升多肽鉴定效率，并结合涵盖多肽组、蛋白质组、转录组与翻译组数据互相关联的整合多组学体系实现协同增效。
（B）针对由小开放阅读框（sORFs）、微小 RNA 编码多肽（miPEPs）及非经典编码区编码的非典型多肽，采用基于序列基序、结构拓扑及表达动态特征的计算流程，构建预测性鉴定模型。
（C）人工智能（AI）模型通过对前体蛋白中蛋白酶特异性酶切特征的系统训练，可对成熟多肽序列进行精准预测。
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生物农药理性设计：精准改造+纳米递送，突破植物肽应用短板
天然植物肽存在易降解、稳定性差、组织渗透性弱、物种特异性强、功能单一等问题。通过结构理性改造与纳米递送系统可显著提升其生物活性、稳定性与递送效率，构建高效植物肽生物农药（图3）。
结构精准改造：基于肽受体互作机制，通过定点突变、截短、嵌合设计突破物种限制、拓展功能；结合 AI 分子对接与突变筛选优化功能位点，提升结合亲和力，如改造抗菌肽 NoPv1 可显著增强对葡萄霜霉病的抑制效果；
协同融合设计：利用免疫激活肽、生长调控肽等的协同信号放大效应，构建多功能嵌合肽，实现“一肽多效”；如重组蛋白 SlRP5 对番茄灰霉病的抗性显著优于单一肽；
纳米递送系统：以壳聚糖、二氧化硅、木质素提取物等生物相容性纳米材料包裹植物肽，提升抗酶解与抗紫外稳定性；通过表面功能化修饰增强组织渗透性，实现靶向递送并降低施用量。
图3 植物多肽类生物刺激素与保护剂（BioP&S）的设计策略
（A）通过位点饱和突变与末端缺失分析对经典功能模块进行系统解析，并结合基于多肽–受体共晶结构的人工智能分子对接模拟，可对进化保守的互作节点进行从头精准改造，从而突破物种进化限制，提升功能稳定性。
（B）基于重组策略的理性组装可实现协同多肽嵌合体的整合，获得高效、多功能的新型生物刺激素与保护剂。PAMP：病原相关分子模式；DAMP：损伤相关分子模式。
（C）与纳米载体偶联可提高多肽在环境中的稳定性，并实现向植物作用位点的靶向递送。
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生物制造：合成生物学赋能，破解高成本难题
当前植物肽合成以固相肽合成（SPPS）为主，存在成本高、污染大、难以规模化等问题，且翻译后修饰进一步提升生产难度。合成生物学驱动的生物制造平台可实现高效、低成本、规模化生产（图4）。
多元化表达系统：构建了原核（枯草芽孢杆菌、大肠杆菌）、真核（毕赤酵母、酿酒酵母）、植物（烟草、玉米）和动物细胞（昆虫细胞）等多种表达系统，适配不同肽的表达与翻译后修饰需求，降低生产成本；
表达系统优化：通过启动子改造、密码子优化、蛋白酶敲除及代谢工程改造，提高产量并实现修饰肽的异源合成。例如在大肠杆菌中引入硫酸化酶，实现硫酸化肽的高效生产；
新兴技术加持：AI 辅助筛选、无细胞表达系统与 SUMO 标签融合等技术，加快肽的合成与检测，降低宿主毒性，提升表达效率。
图 4 植物多肽的生物制造
（A）已建立的多肽生物合成平台包括：原核表达宿主（如大肠杆菌）、酵母底盘（如毕赤酵母）、植物表达系统（如本氏烟草）以及哺乳动物细胞培养体系（如中国仓鼠卵巢细胞）。
（B）可通过密码子使用频率优化、基因剂量调控与高效表达盒设计提升多肽表达量。系统性敲除蛋白酶编码基因可显著降低多肽在生物合成过程中的水解降解；而借助遗传回路对核心生物合成网络进行重编程，则能够实现序列特异性翻译后修饰（PTM）与多肽的规模化生产。
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生态毒理分析：安全为先，构建全方位风险评估体系
生态安全性是生物农药商业化的前提，植物肽虽具有天然的环境友好性，但仍需通过全方位的生态毒理评估，明确其对人类健康、非靶标生物、土壤微生态的影响，为其田间应用提供安全保障。之前Cell多篇文章已经说明了如何开展抗菌肽的深入挖掘（Cell | 抗菌肽怎么分析？）。
多维度安全评估：参照化学农药的评估体系，开展人体健康评估（急性/慢性毒性、致敏性、致畸致癌性等）和环境评估（自然降解速率、鸟类/水生生物/非靶标节肢动物毒性、土壤生物影响等）；已有研究表明，部分植物肽类生物农药（如U1-AGTX-Ta1b-QA、harpin蛋白衍生肽）无明显毒性，且降解迅速，被豁免环境残留检测；Ea Peptide 91398 对蜜蜂、水蚤无毒性。
土壤微生态影响：植物肽作为植物与根际微生物互作的信号分子，可调控根际微生物群落结构；通过精准设计植物肽，可选择性富集根际有益微生物，构建土壤“有益遗产”，提升后续作物的抗逆性和产量，实现生态效益与农业效益的双赢。凌恩生物基于宏基因组的抗菌肽挖掘策略，详细参考（小蛋白smORFs抗菌肽——宏基因组挖矿首选！）。
图5 植物多肽类生物刺激素与保护剂（BioP&S）的生态特征
（A）多维生态安全评价包括人体健康评估、环境评估及其他相关评价。
（B）通过选择性招募有益微生物群调控根际微生物组，可形成稳定的土壤遗留效应，进而驱动植物跨世代的根际微生态适应性优化。
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植物肽与种质资源协同创新：精准匹配，破解生长-防御权衡难题
植物生长发育与抗逆免疫存在天然权衡，免疫持续激活会抑制生长；且不同作物品种的肽受体与信号通路具遗传多样性，导致植物肽应用效果存在品种差异。通过植物肽与种质资源协同创新，可在不影响产量的前提下精准提升作物抗逆性。
植物肽-品种精准匹配：借助GWAS与泛基因组分析，解析不同品种对植物肽的响应机制，筛选敏感优良品种，定制适配植物肽生物农药。参考凌恩生物泛基因组研究前沿进展（前沿快报-泛基因组：推动生物进化与改良研究），充分挖掘新基因到解析植物的适应性进化。
种质资源分子改良：利用基因编辑、转基因等技术改造肽信号通路核心组分，通过过表达受体基因、敲除负调控因子、修饰磷酸化位点等，平衡生长-防御权衡，增强作物敏感性与抗病性。例如番茄GS2S334A突变体，在保持正常生长的同时，显著提升了对病原菌的抗性。参考凌恩生物全新种质育种流程：凌恩全新育种分析流程！助力种质资源高分文章发表！构建“功能肽-分子育种”框架：将优良植物肽与改良种质资源结合，实现二者的协同增效，同时提升作物的产量、品质和抗逆性。
图 6 植物肽生物制剂（BioP&S）与种质资源协同创新
（A）适配优良品种的BioP&S策略评估与设计。通过实验筛选，选取对优良品种表现出敏感响应的植物肽；进而利用泛基因组与GWAS解析这些优良品种中调控响应的关键基因；在此基础上，围绕响应基因开展植物肽的理性设计与优化。
（B）介导植物肽信号转导的核心调控基因是基因工程的首要靶点。基因过表达可通过转录放大BioP&S响应的正调控因子，提升肽作用效果；反之，基因敲除/敲低技术可抑制植物肽相关负调控因子，增强作物对肽的敏感性。此外，通过翻译后修饰（特别是特定氨基酸残基的磷酸化）调控BioP&S的多效性，可重新平衡植物生长-防御权衡关系。
（C）植物肽-种质适配界面协同提升作物多维农艺性状。
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田间集成应用：精准施策，融入智慧农业体系
植物肽功能具有生育期特异性，不同时期作物需求不同，且目前田间试验不足、生产成本较高。可通过生育期精准施用、与化学农药协同及智慧农业融合，有效提升田间应用效率（Cell |从实验室到田间，还有多远？）。
生育期精准施用：根据作物不同生育期的生理需求，针对性施用功能肽：例如：CLE/RGF 调控顶端分生组织；OsEPFL5-OsER1 调控穗型与籽粒灌浆；NCR肽在豆科植物根瘤中具有抗菌功能。目前已有田间试验证明其潜力，如：APP3-14肽 注射可有效控制柑橘黄龙病；Sero-X®（含环肽）已商业化用于棉花与夏威夷果害虫防治。
与化学农药协同使用：采用“化学农药早用、植物肽晚用”模式，前期低成本防控，后期降污染、提防效，二者协同优于单一施用。例如球孢白僵菌与化学农药多杀菌素联用，对二斑叶螨的防治效果显著优于单一使用。
融入智慧农业：结合传感器、大数据与 AI 实时监测作物状况，实现精准定量靶向施用，构建“诊断-递送-管理”智慧应用体系。
图 7 植物肽生物制剂（BioP&S）田间应用体系
（A）根据作物物候期需求定制化、精准施用植物肽，可实现最优应用效果。
（B）植物肽生物制剂（BioP&S）与化学农药协同施用，在保障作物保护效果的同时，兼顾经济效益与生态友好性。
（C）依托传感器网络实时监测环境参数与植株生长状态，构建由人工智能（AI）驱动的动态精准递送系统。
展望未来：
跨学科创新+政策支持，解锁植物肽农业应用全潜力
植物肽作为绿色生物农药，在提升作物抗逆性、保障农业生态安全上潜力巨大，植物源肽作为“自然与科技的结合体”，正逐步从实验室走向田间。随着AI、纳米技术、合成生物学与精准农业的深度融合，在农业绿色转型背景下，植物肽类BioP&S有望替代部分传统化学农药，成为保障粮食安全、推动农业高质量发展的核心力量。
参考文献
Plant-derived peptides: From identification to agronomic applications. Molecular Plant, 2026.
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.11.004
