近日，作物土傳病害與連作障礙治理團(tuán)隊(duì)在《Plant Biotechnology Journal》期刊發(fā)表了題為“Uncovering Convergent Pattern Recognition Receptors RecognisingPhytophthora Across Plant Lineages”的研究論文。該研究揭示了植物PRR免疫受體普遍存在趨同進(jìn)化現(xiàn)象，基于此建立了"AI預(yù)測(cè)+模式植物回補(bǔ)"的高效作物免疫受體挖掘體系，為作物抗病育種提供了新的理論框架和技術(shù)平臺(tái)。

在植物雙層先天免疫系統(tǒng)中，細(xì)胞表面模式識(shí)別受體（PRRs）通過(guò)識(shí)別病原微生物和食草動(dòng)物相關(guān)的分子模式（MAMPs/HAMPs）以及植物自身?yè)p傷相關(guān)分子模式（DAMPs），激活模式觸發(fā)免疫（PTI）。過(guò)去30年中，植物PRR在農(nóng)作物中的研究仍非常有限。進(jìn)化分析表明，植物PRR譜系在生態(tài)位與生境壓力驅(qū)動(dòng)下發(fā)生顯著分化，導(dǎo)致多數(shù)PRR呈現(xiàn)譜系特異性分布，僅少數(shù)在植物類(lèi)群間保守分布。這使得基于序列同源性的作物PRR克隆策略效率低下，而蛋白質(zhì)組學(xué)方法也因PRR蛋白低豐度及配體-受體相互作用的瞬時(shí)性?xún)H獲零星成功。

盡管面臨這些挑戰(zhàn)，近期研究發(fā)現(xiàn)"一對(duì)多"識(shí)別模式，即系統(tǒng)發(fā)育不同的PRR能夠趨同識(shí)別同一保守模式。這些來(lái)自不同進(jìn)化譜系的趨同PRR通常序列相似性低，且識(shí)別不同表位。例如，本氏煙與野生馬鈴薯中兩個(gè)進(jìn)化分歧的受體樣蛋白通過(guò)不同機(jī)制識(shí)別疫霉elicitins；擬南芥RLP30與本氏煙RE02序列相似性有限，但識(shí)別真菌和卵菌中保守的富含半胱氨酸蛋白家族的不同區(qū)域。值得注意的是，LRR-RLP受體常呈現(xiàn)屬甚至種的特異性分布?；谶@一進(jìn)化特征，作物土傳病害與連作障礙治理團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了不依賴(lài)同源基因的作物受體發(fā)掘新策略。

前期研究發(fā)現(xiàn)，疫霉菌來(lái)源的MAMP PsRLK6可在本氏煙和大豆中激活依賴(lài)BAK1與SOBIR1的PTI。作為概念驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)通過(guò)病毒誘導(dǎo)基因沉默篩選在本氏煙中鑒定出PsRLK6的受體，進(jìn)而利用CRISPR/Cas9構(gòu)建功能缺失突變體。結(jié)合AI驅(qū)動(dòng)的配體-受體復(fù)合物結(jié)構(gòu)建模與突變體中外源表達(dá)篩選，成功驗(yàn)證了大豆中的趨同受體GmRLP30。該整合策略實(shí)現(xiàn)了跨作物快速發(fā)掘進(jìn)化無(wú)關(guān)但功能相似的免疫受體，為通過(guò)受體轉(zhuǎn)移、疊加或合成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)植物免疫重編程奠定了基礎(chǔ)。基于此，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一套雙級(jí)聯(lián)的作物趨同PRR發(fā)掘體系：第一級(jí)利用VIGS、T-DNA突變等遺傳工具在模式植物中快速篩選PRR庫(kù)；第二級(jí)通過(guò)構(gòu)建作物PRR數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合AlphaFold3預(yù)測(cè)配體-受體復(fù)合物結(jié)構(gòu)，在模式植物突變體中進(jìn)行候選受體功能驗(yàn)證。該整合平臺(tái)將模式植物底盤(pán)系統(tǒng)與AI結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)相結(jié)合，打通了功能基因組學(xué)、AI預(yù)測(cè)生物學(xué)與精準(zhǔn)基因編輯的交叉鏈路，為通過(guò)受體轉(zhuǎn)移、疊加或合成設(shè)計(jì)培育抗病作物提供了全新解決方案。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院鐘山青年研究員裴勇及在讀博士生趙亞寧為論文共同第一作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)副研究員尹志遠(yuǎn)為通訊作者。本研究在竇道龍教授的整體指導(dǎo)下完成，沈丹宇副教授等共同參與。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金和國(guó)家中藥材產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70409