工程化模式识别受体增强植物广谱抗病性：跨物种免疫调控新策略

本研究针对作物抗病育种中胞内免疫受体(NLRs)易被病原体快速进化所规避的瓶颈，创新性地聚焦于模式识别受体(PRRs)的工程化改造。通过系统解析拟南芥RLP23受体的C末端结构域功能，研究人员成功将广谱抗性导入番茄、水稻和杨树，实现对细菌、真菌和卵菌的多病原抗性且不影响产量。该工作为PRR介导的作物抗病育种提供了可推广的技术框架，发表于《Nature Biotechnology》。

在农业生产中，病害是威胁作物产量的主要因素之一。植物依靠两层免疫系统抵御病原侵袭：位于细胞膜的模式识别受体（PRRs）触发模式触发免疫（PTI），识别病原菌保守的分子模式；胞内的核苷酸结合富亮氨酸重复受体（NLRs）则通过识别病原效应子激活效应子触发免疫（ETI）。传统抗病育种高度依赖NLRs，但其常呈现小种特异性抗性，且病原菌易通过效应子变异逃逸识别。相比之下，PRRs识别保守的病原相关分子模式（PAMPs），具有广谱、持久的抗病潜力，然而因其免疫反应较弱、异源表达兼容性差等问题，在作物改良中应用有限。

在这项发表于《Nature Biotechnology》的研究中，研究团队以拟南芥的富含亮氨酸重复受体样蛋白（LRR-RLP）RLP23为突破口，该受体可识别来自真菌、卵菌和部分细菌的坏死诱导肽样蛋白（NLPs）中的保守表位nlp20，具备跨三界病原识别的独特优势。通过结构域交换与功能分析，他们发现RLP的C末端结构域（CT结构域）是异源表达兼容性的关键。将RLP23的CT结构域替换为番茄来源的EIX2或Cf-9受体对应区域后，嵌合受体在本氏烟和番茄中均引发更强的免疫反应，且激活类ETI反应如细胞死亡。进一步机制研究表明，CT结构域优化增强了RLP23与宿主SOBIR1适配激酶的互作，从而提升信号传导效率。

在番茄中稳定表达RLP23-CT嵌合体的株系对Pseudomonas syringae pv. tomato（Pst）DC3000、Botrytis cinerea和Phytophthora infestans均表现出显著抗性，且无生长损失和产量下降。该策略同样适用于单子叶植物水稻和木本植物杨树：RLP23使水稻原生质体识别稻瘟菌Magnaporthe oryzae的MoNLP1并激活防御基因表达；在杨树中，RLP23赋予对Marssonina brunnea的抗性，且CT结构域替换进一步强化抗病效果。

本研究主要采用以下关键技术：受体嵌合体构建（通过Gibson组装实现结构域交换）、植物转基因技术（农杆菌介导的拟南芥、番茄、水稻及杨树转化）、免疫表型分析（包括乙烯积累、活性氧爆发测定、防御基因RT-qPCR）、病原接种实验（细菌生长曲线、真菌/卵菌病斑直径统计）以及蛋白互作验证（Co-IP分析RLP23与不同物种SOBIR1互作强度）。

RLP23转移增强番茄对多种病原的抗性

通过构建组成型表达RLP23-GFP的番茄转基因株系，研究人员发现其接种nlp20后乙烯产量显著升高，且对Pst DC3000、B. cinerea和P. infestans均表现出抗性。共表达AtSOBIR1虽增强免疫应答，但引发矮化表型，而RLP23单表达株系生长正常。

异源植物中RLP全功能依赖CT结构域

删除RLP23胞内域（IC）在拟南芥中不影响功能，但在本氏烟中削弱免疫反应。RLP30的IC缺失则完全丧失功能。进一步发现JM（近膜）结构域对信号传导至关重要，而IC结构域磷酸化位点突变不影响活性。

CT交换调控RLP功能

将RLP23的IC或整个CT结构域替换为番茄EIX2或Cf-9对应区域后，嵌合受体在本氏烟中引发更强乙烯爆发，RLP23/CT^Cf-9甚至诱导nlp20触发的细胞死亡。反向替换（EIX2/CT^RLP23）则削弱EIX响应，说明CT结构域决定受体特异性。

CT编辑提升番茄抗病性且无产量损失

番茄中表达RLP23/CT^EIX2和RLP23/CT^Cf-9的株系对三种病原抗性进一步增强，果实数量和重量与野生型无差异，突破抗病-生长权衡难题。

RLP23与SOBIR1互作受CT结构域调控

配体结合实验显示CT替换不影响RLP23与nlp24结合，但Co-IP证实CT结构域优化强化了RLP23与番茄SOBIR1（SlSOBIR1）的互作，从而增强信号输出。

RLP23在水稻中识别稻瘟菌NLPs

水稻原生质体瞬时表达RLP23后，可识别MoNLP1并激活ROS爆发和防御基因（OsWRKY70、OsPAL1等）上调。融合水稻OsRLP1的CT结构域后免疫反应进一步增强。

异源表达RLP23增强杨树抗真菌能力

杨树叶片瞬时表达RLP23后识别MbNLP1并激活防御反应，表达RLP23/CT^PaRLP1（杨树RLP1 CT结构域）的叶片对M. brunnea抗性显著提升。

研究结论指出，RLP23的CT结构域工程化是实现跨物种广谱抗性的关键。该策略通过优化受体与宿主信号网络的兼容性，在不依赖额外辅助蛋白的前提下实现多病原抗性，且规避了NLRs的病原特异性限制。讨论部分强调，CT结构域长度差异可能影响其与SOBIR1的互作强度，而物种特异性糖基化等因子也可能调控RLP稳定性。未来研究方向包括拓展RLP识别谱、探索PRR-NLR协同表达、评估田间耐久性等。该工作为作物抗病育种提供了兼具广度与可持续性的新路径。