关注点
纳米抗体凭借“小而精”的独特结构与优势，从生物医药领域跨界植物病害防治，其创新应用的落地离不开两个领域的发展：一是对植物病害致病机制的深度解析，二是纳米抗体发现与改造技术的突破。本文介绍了这一方向的多个实用化探索，例如针对植物病毒的中和抗体、抵御病原体毒素的保护抗体，以及用于病害快速诊断的检测抗体等，均展现出替代传统防控手段的巨大潜力。
值得关注的是，除了文中提及的噬菌体展示、酵母展示等传统纳米抗体发现技术，Rapid Novor 快序生物推出了全球唯一的创新方案——基于羊驼血清多抗蛋白的纳米抗体发现服务。该技术无需复杂的体外筛选流程，能更高效地快速筛选出高亲和力、高特异性的优质纳米抗体，为抗体试剂的开发提供了更便捷的路径。
简介
农药残留、真菌抗药性、病毒肆虐……这些农业痛点不仅威胁着作物产量，更让消费者对食品安全忧心忡忡。随着环保政策收紧和可持续农业理念深入人心，传统化学农药“高污染、易耐药、安全性低”的局限性日益凸显。而如今，一种“微型抗体”——纳米抗体（Nanobodies, Nbs），正从生物医药领域跨界而来，为绿色农业带来革命性突破。近期发表在《Trends in Biotechnology》的一篇综述，系统梳理了纳米抗体在植物病害管理中的应用场景，从工程化抗病作物到环保杀菌剂，从精准抗病毒到快速诊断，纳米抗体农业病害防控，为植物病害管理提供了全新方向。
什么是纳米抗体？小个子有大能量
纳米抗体是目前已知最小的天然抗原结合域，分子量仅12-15kD，不足传统抗体的十分之一（图1）。它源自骆驼科动物（如羊驼、骆驼）和部分鲨鱼体内的仅重链抗体可变区（VHH 结构域），凭借小巧的分子结构展现出诸多独特优势。与传统农药和抗体相比，纳米抗体的优势鲜明：一是稳定性极强，能适应田间复杂的温度、湿度环境，甚至无需冷链储存；二是生产灵活，可通过细菌、酵母或植物细胞异源表达，成本远低于传统抗体；三是工程化潜力大，能精准靶向病原体，对作物和环境影响小；四是穿透性相对更优，能部分解决蛋白质难以进入植物组织的难题。
在生物医药领域，纳米抗体早已“出道即巅峰”：治疗血小板减少症的caplacizumab、抗癌药 envafolimab、抗类风湿关节炎的ozoralizumab 等，都是已获批的纳米抗体药物。而如今，它正跨界进入农业，成为解决植保难题的“新武器”。
图1 传统抗体与纳米抗体的结构对比
如何获得纳米抗体？
传统纳米抗体的生成主要有三种路径：1.给骆驼或转基因小鼠注射目标抗原制备免疫库；2.从非免疫动物中构建天然库；3.通过人工设计随机化抗原结合区域，打造合成库（图2）。其中，合成文库与天然文库无需依赖免疫过程，适合处理毒性强、免疫原性弱或难以大量制备的抗原，但通过这两种文库获得的抗体，其亲和力通常弱于免疫文库筛选的抗体。
传统纳米抗体的筛选主要通过噬菌体展示、酵母展示等技术平台，将纳米抗体片段表达在载体表面，与目标抗原进行“配对筛选”。未结合的抗体被洗去，结合力强的抗体则被保留，经过多轮富集和验证，最终获得符合要求的候选纳米抗体。
在获得纳米抗体序列后，可以实现规模化生产。大肠杆菌因成本低、操作简便，成为最常用的生产宿主；酵母系统能实现高质量折叠，适合大规模生产；而烟草、种子等植物表达平台，更能实现低成本、可规模化生产，且产品储存稳定，大幅降低后续纯化和运输成本。
图2 基于噬菌体展示技术的纳米抗体筛选流程
纳米抗体在植物病害防治中的四大应用
1. Pikobody打造“定制化免疫”
植物自身有一套免疫系统，其中NLR蛋白（核苷酸结合位点-亮氨酸重复序列受体）是抵抗病原体的“核心哨兵”——一旦识别病原分泌的“效应蛋白”，就会激活免疫反应，引发超敏性细胞死亡（hypersensitive cell death），阻止病害扩散。但天然NLR的识别范围有限，面对新变种病原常“失灵”。
科学家的创新解决方案是：将NLR与纳米抗体组合，构建“Pikobody”系统（NLR-纳米抗体融合蛋白）。具体而言，他们将纳米抗体融合到NLR的HMA结构域（负责识别效应蛋白的区域），当纳米抗体结合病原效应蛋白时，会触发NLR构象变化，激活免疫反应并诱导受感染细胞凋亡，从而阻止病害扩散。
由于纳米抗体可通过改造靶向几乎任何病原蛋白，理论上，只需更换融合的纳米抗体片段，就能让作物获得对真菌、细菌、病毒等不同类型病原体的抗性，实现 “定制化抗病”，为广谱抗病作物培育提供新策略。
2.生物杀菌剂 EVOCA：环保抗耐药的 “新选择”
传统化学杀真菌剂长期使用易导致真菌产生耐药性，且残留物质会污染土壤与水体，威胁生态环境。由 Biotalys 公司研发的 EVOCA，是全球首款有望进入实际应用阶段的纳米抗体类生物杀真菌剂，为解决这一难题提供了新思路。
它通过靶向真菌细胞膜上的关键脂质成分，破坏真菌细胞功能，抑制其生长繁殖。真菌很难通过突变改变细胞膜脂质结构，因此不易产生耐药性；与传统杀菌剂不同，EVOCA 对耐药性灰霉病菌等仍有高效，且能被生物降解为天然氨基酸，对环境和非靶标生物几乎无影响。在田间应用中，EVOCA展现出精准防控优势，为解决真菌抗药性难题提供了新方案，成为综合病虫害管理的重要工具。
3.让植物“自带抗体”，精准抵御病毒病害
病毒是作物的“隐形杀手”，一旦感染便难以防治。而纳米抗体能直接 “中和” 病毒：
针对蚕豆斑驳病毒的纳米抗体，能让蚕豆的病毒感染率下降；抗葡萄扇叶病毒（GFLV）的纳米抗体 Nb23，能保护烟草和葡萄免受多种 GFLV 变种侵害，且病毒若想 “逃避免疫”，会失去被线虫传播的能力（相当于“自断后路”）；近期，科学家还开发了针对玉米褪绿斑驳病毒的11种纳米抗体，有望解决玉米病毒病难题。
目前，抗病毒纳米抗体主要通过转基因技术导入植物基因组，让作物自身持续表达抗体以抵御病毒；未来，随着制剂技术的突破，有望开发出叶面喷施型纳米抗体产品，无需依赖转基因技术即可实现病毒防控，更符合消费者对食品安全的期待与可持续农业的发展需求。
4. 快速诊断：田间精准识别病原体
植物病害的“早发现”是防治关键，但传统检测方法（如PCR）耗时且需要专业设备。纳米抗体的高特异性和稳定性，使其成为理想的田间快速诊断工具。给纳米抗体标记荧光素或酶，制成“检测试纸”，只需滴加植物汁液，便能快速通过荧光或颜色变化判断是否感染（如郁金香X病毒、西葫芦黄花叶病毒）；这种检测方法灵敏度高，不会与其他病毒“交叉反应”，更重要的是，检测试纸可在常温下稳定保存，无需冷链运输，尤其适合农业偏远地区或基层农技人员使用，为病害防控争取宝贵时间。
图3 纳米抗体在植物疾病防治领域应用的机遇和挑战
纳米抗体在农业领域广泛应用所面临的挑战和机遇
尽管纳米抗体在植物病害防治中展现出巨大潜力，但要实现大规模商业化应用，还有一些难题要解决：
比如“穿透性”，纳米抗体虽然小，但还是较难穿透植物的细胞壁，所以叶面喷施时需要的量比较大，会增加成本。目前，将纳米抗体与细胞穿透肽（CPPs）融合，已被证实能有效提升其细胞穿透能力，这一技术有望解决这一瓶颈。另外Pikobody技术目前还在实验室阶段，需要更多田间试验验证效果；如何精准选择病原体的“靶标”（比如哪些蛋白是病原体的“命门”），也需要借助AI工具）进一步优化（图3）。
随着植物病害致病分子机制研究的不断深入、纳米抗体生产成本的逐步降低，以及递送技术的持续突破，纳米抗体有望在可持续农业中发挥更大作用——不仅能替代部分高污染化学农药，还能与转基因技术、综合病虫害管理体系结合，构建 “精准、环保、高效” 的植物病害防控新模式，为保障全球粮食安全与生态环境可持续发展提供重要支撑。
参考文献
[1]Patel P, et al. Nanobodies: a new frontier in plant disease management. Trends Biotechnol. Published online September 25, 2025. doi:10.1016/j.tibtech.2025.09.003
