l題目：揭示不同植物類群中識別疫霉菌的趨同進化模式識別受體

l期刊：Plant Biotechnology Journal

l影響因子：10.5

l發(fā)表時間：2025年10月15日

l原文鏈接：10.1111/pbi.70409

植物細胞表面的模式識別受體（PRRs）是先天免疫第一道防線，通過識別病原體相關分子模式（MAMPs）激活模式觸發(fā)免疫（PTI），但PRRs在作物中的發(fā)現(xiàn)長期受限于譜系特異性分化——傳統(tǒng)方法因PRR序列保守性低、蛋白豐度低收效甚微。近期，Plant Biotechnology Journal雜志在線發(fā)表了由南京農業(yè)大學竇道龍教授團隊題為“Uncovering Convergent Pattern Recognition Receptors RecognisingPhytophthoraAcross Plant Lineages”的研究論文。該研究以疫霉菌MAMP RLK6為對象，揭示PRRs跨植物譜系的趨同進化規(guī)律，建立“AI預測+模式植物回補驗證”整合流程，成功挖掘大豆、本氏煙中識別RLK6的非同源功能受體，為作物免疫工程破局。

1

PRR趨同進化：植物免疫的“殊途同歸”策略

研究團隊評估PRR趨同進化普遍性：篩選14種不同來源的已明確功能MAMPs，分析其在15個科植物中的免疫激活能力。結果顯示，這些MAMPs可在遠緣植物觸發(fā)PTI，但介導反應的PRRs譜系特異性顯著——跨科植物中識別同一MAMP的PRR同源物序列一致性僅約40%，遠低于直系同源蛋白保守水平。

圖1A.左欄為細菌、真菌、卵菌、植食性昆蟲來源的MAMPs分類；右欄為15種植物進化樹，彩色虛線連接MAMP與觸發(fā)免疫的植物，粗線代表PRR功能已驗證。B.跨植物PRR同源物序列相似性熱圖，印證趨同進化特征。

趨同進化是植物PRR應對MAMPs的普遍策略——不同植物譜系通過獨立進化出結構不同但功能等效的PRRs，實現(xiàn)對同一保守MAMP的識別，這為突破“同源克隆依賴”的PRR發(fā)現(xiàn)瓶頸提供了理論依據(jù)。

2

本氏煙中的RLK6受體：NbRKR1/2的冗余免疫功能

研究以卵菌MAMP RLK6的胞外域（PsRLK6ECD）為模型，先在本氏煙中鑒定受體。已知PsRLK6ECD需依賴共受體BAK1和SOBIR1激活PTI，提示受體為富亮氨酸重復受體樣蛋白（LRR-RLP）。

通過煙草脆裂病毒（TRV）介導的基因沉默，發(fā)現(xiàn)沉默兩個高度同源LRR-RLP基因（命名NbRKR1、NbRKR2，氨基酸相似度87.6%）后，PsRLK6ECD誘導的ROS爆發(fā)消失。進一步用CRISPR/Cas9構建突變體驗證：

• rkr1突變體中，PsRLK6ECD誘導的ROS生成及PTI標志基因CYP71D20表達降約90%，rkr2突變體僅降20%，表明NbRKR1主導、NbRKR2輔助；

• rkr1/rkr2雙突變體完全喪失對PsRLK6ECD的響應，對疫霉菌（P. capsici）抗性顯著降低；

• Co-IP證實NbRKR1/2均能與PsRLK6ECD直接結合（NbRKR1結合更強），且NbRKR1可與SOBIR1組成性結合，PsRLK6ECD處理后招募BAK1形成三元復合物。

圖2A、B.不同RKR突變體與野生型（WT）的ROS生成曲線及總RLU統(tǒng)計（n=8）；C.CYP71D20表達定量（n=3）；D.接種病斑表型及病原菌生物量；E-G.Co-IP驗證受體與配體、共受體的互作。

這些結果明確了NbRKR1/2作為本氏煙中PsRLK6ECD的冗余受體，為后續(xù)挖掘其他作物中的趨同受體提供了“參照標準”。

3

大豆中的趨同受體：AI引導發(fā)現(xiàn)GmRLP30

大豆能響應PsRLK6ECD，但無NbRKR1/2直系同源物。研究建立“生物信息學篩選+AlphaFold3結構預測+模式植物驗證”三步策略，鑒定出趨同受體GmRLP30：

1. 候選篩選：從大豆基因組篩選含信號肽、胞外LRR≥10個的LRR-RLP，獲96個候選；

2. AI結構預測：用AlphaFold3構建“候選-PsRLK6免疫表位-BAK1”三元復合物模型，按相互作用概率（ipTM≥0.75）選20個候選；
   

3. 功能驗證：僅GmRLP30在本氏煙rkr1突變體中，能恢復PsRLK6ECD誘導的ROS迸發(fā)、防御基因表達，且增強抗病性。

圖3A.GmRLP30篩選流程；B.CYP71D20表達恢復情況（n=3）；C.接種P. capsici的病斑及生物量；D-F.Co-IP驗證互作。

進一步在大豆EMS突變體（G2421A突變致提前終止）中驗證：突變體中PsRLK6ECD誘導的ROS生成、防御基因PR1表達顯著下降，抗病性完全喪失，證實GmRLP30是大豆響應PsRLK6ECD的必需受體。

Co-IP顯示GmRLP30可直接結合PsRLK6ECD，且與共受體互作模式同NbRKR1。值得注意的是，GmRLP30與NbRKR1氨基酸序列一致性不足50%，但功能完全等效，印證趨同進化。

4

跨物種受體轉移：辣椒中重建RLK6免疫響應

辣椒（Capsicum annuum）無法響應PsRLK6ECD：基因組分析顯示，辣椒缺失RKR2，RKR1因片段缺失形成截短蛋白CaRKR1，無法結合 PsRLK6ECD。

將NbRKR1或GmRLP30在辣椒中瞬時表達：

• 辣椒葉片重新出現(xiàn)PsRLK6ECD誘導的ROS迸發(fā)；

• 經PsRLK6ECD預處理后，接種的病斑面積減小、病原菌生物量降低。

這證實趨同PRRs具有跨物種功能兼容性，為作物抗病工程提供“即插即用”工具。

圖4A.茄科植物RKR1/2分布；B.NbRKR1與CaRKR1結構對比；C.辣椒ROS生成情況（n=8）；D.Co-IP驗證CaRKR1不結合PsRLK6ECD；E、F.異源表達后ROS恢復及抗病性增強（n=3，P<0.01）。

5

整合流程：開啟作物PRR發(fā)現(xiàn)與免疫工程新紀元

團隊提出跨作物趨同PRR挖掘的整合流程，核心分三階段：

1. 模式植物快速鑒定PRR：用本氏煙（VIGS）、擬南芥（T-DNA突變體），通過ROS迸發(fā)等免疫表型結合CRISPR驗證，確定參照受體；

2. AI引導作物PRR篩選：篩選作物PRR候選，用AlphaFold3預測復合物結構，在模式植物PRR缺失突變體中驗證，最終在作物自身突變體驗證；

3. PRR工程應用：通過跨物種PRR轉移、多趨同PRR堆疊（識別同一MAMP不同表位）、合成PRR設計，增強作物廣譜抗性，應對病原體免疫逃逸。

圖5流程含模式植物PRR鑒定、AI引導作物PRR篩選、PRR工程三部分，最終培育高抗病性作物。

6

結語：從進化規(guī)律到育種實踐的跨越

該研究不僅揭示植物PRR趨同進化的普遍性，更建立“不依賴序列同源性”的作物PRR發(fā)現(xiàn)方法——AlphaFold3結合模式植物驗證，大幅縮短挖掘周期。而跨物種PRR轉移的成功，為抗病育種提供靈活策略：未來通過堆疊趨同PRR，讓作物識別同一MAMP 多個表位，規(guī)避病原菌免疫逃逸，實現(xiàn)持久抗病性，為應對糧食安全病害挑戰(zhàn)提供技術支撐。

科晶生物作為第二作者單位 ，提供了AI多模態(tài)互作蛋白篩選服務，利用多種分子對接算法，從多個候選受體中篩選到免疫表位蛋白- PsRLK6-共受體 BAK1 互作的蛋白，形成三元復合物的互作機制。

科晶生物提供

多模態(tài)互作蛋白篩選服務

1.流程縱覽

該技術采用了MegaDock、HDock和AlphaFold 3等當前領先的技術工具，通過多層次的篩選策略，從全蛋白數(shù)字文庫逐步排除不符合條件的蛋白互作候選，并綜合考慮結合能與結構預測兩大核心要素，將篩選結果的科學性與全面性提升至更高水平。

2.客戶提供：誘餌蛋白氨基酸序列及篩選物種的拉丁名即可

3.服務周期: 5-7個工作日

Megadock粗篩從海量數(shù)據(jù)中快速鎖定Top200高潛力分子；Hdock精篩基于結合能絕對值篩選出Top20高親和力候選；AlphaFold 3驗證通過PTM（預測置信度）和ipTM（界面精度）驗證復合體結構可靠性及生物學驗證可行性。該流程以“高效初篩→精準聚焦→嚴格驗證”模式，在保證速度的同時逐級提升精度，為后續(xù)研發(fā)提供高價值靶向分子。

2.物種蛋白文庫

科晶生物目前已儲存動物、植物、水產、微生物、人源等上百個物種蛋白質三維結構數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫均來源于AlphaFold Protein Structure Database，以下展示部分物種數(shù)據(jù)庫：

3.擬交付結果

1）核心數(shù)據(jù)文件

全數(shù)據(jù)Excel表

基因編號、建模評分及PDB結構、對接分值等基礎信息。

2）對接分析數(shù)據(jù)

① 初篩階段

Megadock原始對接數(shù)據(jù)（初篩結果）。

② 精篩階段

1) HDOCK原始對接數(shù)據(jù)（精細篩選結果）；

2) AlphaFold 3一對一分析原始數(shù)據(jù)（高精度互作驗證）；

3) HDock與AlphaFold 3的聯(lián)合候選蛋白原始數(shù)據(jù)。

3）項目流程文檔

服務流程執(zhí)行報告（從初篩到終稿的全流程記錄）。

科晶服務

算力類

從頭設計類

合肥科晶生物致力于計算機虛擬篩選推動生物學發(fā)展，擁有強大的服務器和先進的生物算法，專注于攻克復雜的分子對接問題，將為您的科研項目帶來前所未有的加速和突破。