近日，中国热科院生物所甘蔗研究中心逆境生物学研究团队联合美国南卡罗来纳大学生物科学研究团队在植物免疫受体高通量鉴定和精准设计方面发表热点评论。深入评述了日本理化学研究所Ken Shirasu教授团队在《Science》发表的题为“Systematic discovery and engineering of synthetic immune receptors in plants”的研究工作。评述指出该研究系统性地发掘并成功改造植物免疫受体，揭示了一条独立进化、能够感知细菌冷休克蛋白（cold shock protein，CSP）的新型免疫信号通路，为经济作物的抗病育种提供了全新且极具前景的策略。

当病原体入侵时，植物细胞表面分布的模式识别受体（PRRs）蛋白质能精准识别其特有的分子标志，进而迅速激活第一道免疫防线PTI反应。受体激酶（RLKs）是PRR的一类，其中， LRR-RLKs的XII亚组（LRR-RLK-XIIs）专门负责识别PAMP，是植物免疫响应中的核心力量。迄今，在LRR-RLK-XII成员中，成功匹配的“受体—配体”组合不足十对。这主要受传统研究方法的效率限制，尤其在非模式植物中，分离与鉴定这类受体如同大海捞针。Ken Shirasu教授团队的研究实现了从“大海捞针”到“高效筛选”的跨越。团队采用“重复序列保守性映射（RCM）”技术将4177个代表性LRR-RLK-XII划分为210个集群，绘制出一幅免疫“哨兵”图谱。研究人员通过将候选受体的胞外识别域与已知的油菜素内酯受体激酶BRI1的胞内信号域融合，构建嵌合受体。通过监测关键信号分子BES1的去磷酸化反应，实现了对病原菌激活受体的快速筛选。

在这套高效系统中，一个来自柚子的“受体181”能够响应多种细菌提取物，其主要识别病原菌体内的冷休克蛋白CSP，特别是其csp15片段（图1A）。因此，研究人员将此受体命名为“SCORE”。通过实验，结果表明SCORE与csp15的识别主要分为3大类（图1B）。进一步研究发现，SCORE识别配体的关键决定位点位于第10个LRR基序中的三个可变氨基酸残基。这些残基通过调控受体表面的电荷分布，精确影响其与不同csp15变异体的结合，从而决定识别特异性。掌握该“密码”后，研究人员成功创造出能够识别多种重要病原体csp15肽段的人工SCORE受体变体。这项研究不仅建立了一套从发现、解析到定向改造植物免疫受体的完整创新策略，更标志着我们从“理解自然免疫”迈入了“设计与再造免疫”的新阶段，为全球作物病害的绿色防控与粮食安全生产开辟了广阔前景。

图1  LRR-RLK植物免疫受体的大规模筛选与工程化

该研究成果以“Innovative strategies for high-throughput discovery and engineering of plant immune receptors”为题发表于《Plant Communications》。中国热科院生物所赵婉莹助理研究员为第一作者；热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所/三亚研究院阙友雄研究员和美国南卡罗来纳大学生物科学系傅正擎教授为共同通讯作者；中国热科院生物所孙婷婷副研究员和张媛媛助理研究员参与研究。该研究得到了美国国家自然科学基金、热作全重实验室科研项目和中央级公益性科研院所基本科研业务费的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2025.101585