近日，南京农业大学作物土传病害与连作障碍治理团队在《Plant Biotechnology Journal》期刊发表了题为“Uncovering Convergent Pattern Recognition Receptors RecognisingPhytophthora Across Plant Lineages”的研究论文。该研究揭示了植物PRR免疫受体普遍存在趋同进化现象，基于此建立了“AI预测+模式植物回补”的高效作物免疫受体挖掘体系，为作物抗病育种提供了新的理论框架和技术平台。
在植物双层先天免疫系统中，细胞表面模式识别受体（PRRs）通过识别病原微生物和食草动物相关的分子模式（MAMPs/HAMPs）以及植物自身损伤相关分子模式（DAMPs），激活模式触发免疫（PTI）。过去30年中，植物PRR在农作物中的研究仍非常有限。进化分析表明，植物PRR谱系在生态位与生境压力驱动下发生显著分化，导致多数PRR呈现谱系特异性分布，仅少数在植物类群间保守分布。这使得基于序列同源性的作物PRR克隆策略效率低下，而蛋白质组学方法也因PRR蛋白低丰度及配体-受体相互作用的瞬时性仅获零星成功。
尽管面临这些挑战，近期研究发现“一对多”识别模式，即系统发育不同的PRR能够趋同识别同一保守模式。这些来自不同进化谱系的趋同PRR通常序列相似性低，且识别不同表位。例如，本氏烟与野生马铃薯中两个进化分歧的受体样蛋白通过不同机制识别疫霉elicitins；拟南芥RLP30与本氏烟RE02序列相似性有限，但识别真菌和卵菌中保守的富含半胱氨酸蛋白家族的不同区域。值得注意的是，LRR-RLP受体常呈现属甚至种的特异性分布。基于这一进化特征，作物土传病害与连作障碍治理团队开发了不依赖同源基因的作物受体发掘新策略。
前期研究发现，疫霉菌来源的MAMP PsRLK6可在本氏烟和大豆中激活依赖BAK1与SOBIR1的PTI。作为概念验证，团队通过病毒诱导基因沉默筛选在本氏烟中鉴定出PsRLK6的受体，进而利用CRISPR/Cas9构建功能缺失突变体。结合AI驱动的配体-受体复合物结构建模与突变体中外源表达筛选，成功验证了大豆中的趋同受体GmRLP30。该整合策略实现了跨作物快速发掘进化无关但功能相似的免疫受体，为通过受体转移、叠加或合成设计实现植物免疫重编程奠定了基础。基于此，团队构建了一套双级联的作物趋同PRR发掘体系：第一级利用VIGS、T-DNA突变等遗传工具在模式植物中快速筛选PRR库；第二级通过构建作物PRR数据库，结合AlphaFold3预测配体-受体复合物结构，在模式植物突变体中进行候选受体功能验证。该整合平台将模式植物底盘系统与AI结构预测相结合，打通了功能基因组学、AI预测生物学与精准基因编辑的交叉链路，为通过受体转移、叠加或合成设计培育抗病作物提供了全新解决方案。
南京农业大学植物保护学院钟山青年研究员裴勇及在读博士生赵亚宁为论文共同第一作者，南京农业大学副研究员尹志远为通讯作者。本研究在窦道龙教授的整体指导下完成，沈丹宇副教授等共同参与。研究工作得到了国家自然科学基金、国家中央高校基本科研业务费专项资金和国家中药材产业技术体系、博士后创新人才支持计划等项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70409
