人工设计抗病基因示意图。

本报讯 近日，生命学院刘玉乐教授团队开创性地建立了一种简单高效的人工设计植物抗病基因的全新策略，可使植物实现广谱、持久且完全的抗病。该成果以“重塑自激活NLR赋予植物广谱抗病”为题，在线发表在《自然》（Nature）期刊上。

植物中含有核苷酸结合结构域和富含亮氨酸重复序列的蛋白（NLR），它的免疫受体主要包括TNL（TIR-NLR）、CNL（CC-NLR）和RNL（CCR-NLR），一个完整且游离的N端对其功能至关重要。此外，在NLR的MHD基序或其他关键区域引入特定突变，可产生自激活型植物NLR免疫受体（autoactive NLR, aNLR）。研究团队通过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。

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。

与现有方法相比，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。

刘玉乐为该论文的通讯作者，生命学院博士后王君竹为第一作者。

（生命学院）