植物納米生物技術(shù)逐漸發(fā)展成為一項(xiàng)研究熱門，它利用工程納米材料作為載體，向植物組織或器官輸送遺傳物質(zhì)（DNA）、生化分子、營(yíng)養(yǎng)元素和殺蟲劑等，達(dá)到對(duì)植物進(jìn)行遺傳改良或功能改造的目的。遺傳轉(zhuǎn)化可以使植物獲得相似的功能，但是操作過程相對(duì)繁瑣，組織培養(yǎng)周期較長(zhǎng)，甚至再生材料具有器官缺陷性。有些植物缺乏能夠高效再生的受體材料，或者只有有限的受體材料，從而限制了植物基因工程的廣泛應(yīng)用。而工程納米材料介導(dǎo)的細(xì)胞器水平的分子運(yùn)輸，可以打破植物物種基因型的限制，促進(jìn)對(duì)植物的改良。

2020年4月27，Nature Communications 在線發(fā)表了加州大學(xué)河濱分校Juan Pablo Giraldo課題組題為“Targeted delivery of nanomaterials with chemical cargoes in plants enabled by a biorecognition motif.”的研究成果，該研究將納米分子材料結(jié)合蛋白信號(hào)肽，特異地將化合物分子運(yùn)送到葉綠體細(xì)胞器中。

為了能夠特異地將納米粒子輸送到葉綠體細(xì)胞器中，作者比較了多個(gè)雙子葉植物的Rubisco small subunit 1 A（RbcS）的蛋白序列，發(fā)現(xiàn)它們N端的轉(zhuǎn)運(yùn)肽非常保守，它能夠被葉綠體外膜上的TOC159識(shí)別并介導(dǎo)這一類蛋白進(jìn)入葉綠體內(nèi)腔?；谶@一特點(diǎn)，作者截取了RbcS蛋白N端保守的14個(gè)氨基酸，連接到納米粒子上形成Chl-QD納米載體，該納米顆粒在共聚焦纖維鏡下能夠被激發(fā)并發(fā)射以540nm為峰值的熒光，因此可以用顯微鏡追蹤納米粒子在植物組織或者亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的位置。在Chl-QD上分別連接抗壞血酸（Asc）和甲基紫精（MV）分子，形成的Asc-Chl-QD和MV-Chl-QD納米分子復(fù)合物可以直接注射到完整的擬南芥葉片。通過系列實(shí)驗(yàn)，作者驗(yàn)證了兩種納米粒子復(fù)合物的完整性，并且在RbcS轉(zhuǎn)運(yùn)肽的作用下，Asc和MV分子被成功輸送到葉綠體中，兩種分子分別抑制和激活了葉綠體內(nèi)的氧化還原狀態(tài)（圖1）。

該研究應(yīng)用納米粒子首次將生化分子運(yùn)輸?shù)絹喖?xì)胞結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器中，為植物中特異細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的納米生物技術(shù)打下基礎(chǔ)。同時(shí)，納米粒子的熒光顯微觀察，有助于實(shí)時(shí)地和動(dòng)態(tài)地觀察葉綠體內(nèi)的氧化還原狀態(tài)。