重塑植物免疫受體已成為創(chuàng )造新的抗病性狀的一項關(guān)鍵策略,以應對植物病原體對全球糧食安全和環(huán)境可持續性構成的日益嚴重的威脅。然而,目前的方法受到植物病原體快速演化的限制,而且往往缺乏廣譜性和持久性的保護。
2025 年 7 月 16 日,清華大學(xué)劉玉樂(lè )團隊(博士后王君竹為論文的第一作者)在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表了題為:Remodelling autoactive NLRs for broad-spectrum immunity in plants 的研究論文。
該研究開(kāi)創(chuàng )性地建立了一種簡(jiǎn)單高效的人工設計植物抗病基因的全新策略,利用蛋白質(zhì)工程,將一種攜帶病原蛋白酶識別切割位點(diǎn)(PCS)的多肽與激活型植物 NLR 免疫受體(aNLR)融合,使其保持失活狀態(tài),直到融合蛋白被病原體蛋白酶切割,釋放出 aNLR,激活強烈的免疫反應,使植物獲得廣譜、持久且完全的抗病能力。
植物病害對全球糧食安全構成持續威脅。在這項最新研究中,研究團隊提出了一種創(chuàng )新策略,通過(guò)表達一種融合蛋白來(lái)實(shí)現植物廣譜、持久且完整的抗病性。
具體來(lái)說(shuō),在植物中表達一種 C 端攜帶病原蛋白酶識別切割位點(diǎn)(PCS)的多肽與激活型植物 NLR 免疫受體(aNLR)的 N 端融合的蛋白。當沒(méi)有病原存在時(shí),aNLR 被融合多肽抑制,保持失活狀態(tài);而當病原入侵時(shí),其編碼或分泌的蛋白酶特異性切割融合蛋白,釋放其中的 aNLR,激活強烈的免疫反應,誘發(fā)植物對病原體的抗性。
人工設計抗病基因
研究團隊進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗證明,單個(gè)工程化改造的 NLR 受體即可賦予植物(例如模式植物本生煙草、經(jīng)濟作物大豆)對多種馬鈴薯 Y 病毒屬病毒(potyviruses)的廣譜完全抗性。
鑒于不同界的多種病原生物(包括病毒、細菌、卵菌、真菌、線(xiàn)蟲(chóng)和刺吸式昆蟲(chóng))均編碼蛋白酶,這一策略具有望成為植物抗病工程的通用策略,實(shí)現對多類(lèi)病原的抵抗。
論文鏈接:
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09252-z
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