工程化病原体蛋白酶激活自活性NLRs：开启植物广谱免疫新纪元

植物病害威胁全球粮食安全，传统NLR抗性基因存在谱系窄、易失效等局限。Wang等创新性地设计病原体蛋白酶切割位点(PCS)嵌合自活性NLRs（含aTm-22D481V和aAtNRG1.1D485V），使烟草和大豆获得对PVY、SMV等5种病毒的广谱抗性。该研究为作物抗病育种提供了突破性策略。

　　

植物病害如同无形的战争，每年造成全球作物减产20%-40%，其中病毒性病害尤为猖獗。传统育种依赖的自然抗性基因（如NLR家族）往往只能识别特定病原体效应蛋白，而病原体通过快速变异轻易逃脱这种"锁钥识别"模式。更棘手的是，大多数作物抗性品种平均3.5年就会丧失保护效果，农民不得不频繁更换品种。在这场进化军备竞赛中，植物似乎总是慢半拍——直到Wang等发表在《Cell Research》的研究带来转机。

研究团队另辟蹊径，巧妙利用病原体自身的"分子剪刀"（蛋白酶）作为触发开关。他们发现Potyvirus病毒（如PVY、SMV）编码的NIa蛋白酶具有高度保守的切割位点(XXVXXQ↓A)，就像统一的"敌军口令"。基于此，研究者构建了革命性的"诱饵-开关"系统：将病毒蛋白酶切割位点(PCS)与自活性NLR（通过MHD结构域D→V突变获得）融合，形成HA-PCS^PVY-aTm-22等嵌合蛋白。当病毒入侵时，其蛋白酶切割嵌合蛋白释放自活性NLR，激活植物免疫系统。

关键技术包括：1) 基于207种Potyvirus病毒PCS保守序列设计嵌合基因；2) 在烟草和大豆中转化HA-PCS^PVY/SMV-aAtNRG1.1等构建体；3) 通过PVY-GFP等报告系统验证抗性效果；4) 田间评估转基因大豆对SMV的抗性。

【工程化CNL实现广谱抗性】

将马铃薯Y病毒(PVY)的PCS与自活性Tm-22(CNL类)融合后，转基因烟草对PVY、TuMV等5种病毒呈现完全抗性。免疫印迹证实PVY NIa能特异性切割嵌合蛋白，释放具有钙离子通道活性的CC结构域。

【改造RNL扩展应用范围】

引人注目的是，拟南芥辅助RNL（AtNRG1.1^D485V）经同样改造后，不仅保持对PVY等病毒的抗性，还展现出更快速的极端抗性表型。这证实CCR结构域同样可通过"切割激活"机制发挥作用。

【双PCS设计突破识别限制】

针对TEV蛋白酶(识别ENLYFQ↓A)的特异性问题，创造性地串联PCSTEV和PCSPVY双位点，使31株转基因烟草中17株获得完全抗性。这为应对蛋白酶多样性的挑战提供了范本。

【大豆田间抗性验证】

将SMV特异性PCS(ESVSLQ↓S)与AtNRG1.1融合后，转基因大豆在保持农艺性状的同时，对SMV表现出稳定抗性。这标志着该技术向主粮作物应用的重大跨越。

这项研究开创了"以彼之矛，攻彼之盾"的植物免疫新范式：利用病原体保守的蛋白酶作为分子触发器，通过精心设计的"分子诱饵"激活广谱免疫。相比传统NLR，该策略具有三大优势：1) 抗性谱系覆盖整个Potyviridae病毒科；2) 病原体难以通过单点突变逃逸；3) 可与CRISPR-Cas编辑技术联用改造内源基因。未来通过挖掘细菌、真菌等更多病原体的保守蛋白酶切割位点，有望建立作物抗病的"通用免疫平台"。正如研究者展望，这项技术或将改写植物与病原体持续万年的进化博弈规则。