发表机构：清华大学
作 者：刘玉乐（通讯作者）
植物NLR免疫受体分TNL（TIR-NLR）、CNL（CC-NLR）和 RNL（CCR-NLR）三类。TNL 和 CNL 负责识别病原效应子，RNL 在免疫信号传导中起关键作用。研究表明，CNL和RNL识别病原后组装抗病小体，在膜上形成钙离子通道激活免疫，此过程依赖CC或CCR结构域的N端序列，完整游离N端对功能至关重要，N 端融合额外多肽会抑制功能。此外，MHD基序等关键区域突变可产生自激活型受体，约45%植物病毒及多种病原依赖分泌蛋白酶致病。
基于上述知识，刘玉乐团队提出并建立了一种人工设计植物抗病基因的全新策略：在植物中表达一种羧基（C）端携带病原蛋白酶识别切割位点（protease cleavage site，PCS）的多肽与aNLR的N端融合形成的蛋白，可使植物抗病。无病原存在时，aNLR被融合多肽抑制，保持失活状态；病原入侵时，其编码或分泌的蛋白酶特异切割融合蛋白，释放 aNLR，从而激活强烈免疫反应，诱发植物对病原的抗性。若选用保守性高的蛋白酶识别切割位点，该策略可使植物广谱持久抗病。该策略已在模式植物和重要经济作物大豆中成功验证，可使植物对多种病毒完全免疫，有望成为植物抗病毒、细菌、真菌、卵菌、线虫和刺吸式昆虫等多种病虫害的通用策略。
具体而言，研究团队将带有马铃薯Y病毒（PVY）蛋白酶识别切割位点YEVHHQ↓A的HA标签多肽分别融合至CNL（Tm-22）和RNL（AtNRG1.1）自激活突变体的N端，构建了2种人工抗病基因。转这2种基因的本生烟草表现出对PVY、芜菁花叶病毒（TuMV）、辣椒斑驳病毒（PepMoV）、辣椒脉斑驳病毒（ChiVMV）和李痘病毒（PPV）等多种病毒的广谱抗性，并且抗性很强，甚至表现为极端抗性，病毒不能建立侵染。由于选用的病毒蛋白酶识别切割位点高度保守，预计构建的抗病基因可赋予植物“超级广谱”抗病性，抗超过100多种植物病毒。进一步地，研究团队还构建了针对大豆花叶病毒（SMV）的定制抗病基因，转基因大豆对SMV完全免疫。
相比现有方法，该策略在构建抗病基因方面具有多重优势：构建简单，仅需改造单个aNLR基因；可针对众多不同的病原进行定制化设计抗病基因、抗性广谱且持久稳定、不易被病原突破，且抗病效果强（对病毒等病原可实现完全免疫）。此外，该方法具有高度普适性，适用于所有作物，并可与基因组编辑技术结合，直接编辑植物内源NLR基因获得新型抗病基因。
由于该成果的重要性与创新性，《自然》杂志同期以“研究简报”（Research Briefing）形式对该工作进行了题为“Plant immune receptor engineered to protect again more than 100 viruses （工程的植物免疫受体抗超过100余种病毒）” 的报道，评价该工作“present an elegantly simple yet highly innovative method for engineering disease resistance（提出了一种优雅简洁且高度创新的植物抗病方法）”。
简报链接：https://doi.org/10.1038/d41586-025-02113-9。
发表日期：2025-7-16
