研究提出“可编程植物分化免疫”新理念—旧事—科学网
| 研究提出“可编程植物分化免疫”新理念 |
北京时分2026年7月24日2时 ，研究疫新《科学》（Science）在线宣布了中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队题为“Programmable design of synthetic plant immune receptors for pathogen protein recognition”的提出研谈论文。
研究团队初度提出“可编程植物分化免疫（Programmable Plant Synthetic Immunity）”的可编科学新理念 ，经由过程整合人工智能赞助蛋白质筹划 、程植模块化免疫受体工程和植物体内定向退步技能 ，物分网创建了可编程的化免分化植物免疫受体（Synthetic Plant Immune Receptor ，SPIR）筹划平台 ，理念完成了植物免疫受体的旧事精准定制化筹划 。
该下场打破了天然抗病基因成本的研究疫新限制 ，为疾速应对新病发害和病原物变异供给了全新的提出技能线路。
植物病害严次威胁全球农业花费和粮食安然 ，可编科学每年构成数千亿美元的程植经济丧损掉落踪落 。培养和奉行作物抗病品种是物分网植物病害绿色防控的中心计策之一 。经久以来，化免作物抗病育种次要依托植物抗病基因（Resistance gene ，理念R基因）的发掘与独霸 。除夜除夜都抗病基因编码核苷酸连络富亮氨酸几回（NLR）免疫受体 ，经由过程辨认病原物效应蛋白激活植物免疫回响。可是 ，植物基因组编码的免疫受体数量无穷 ，加上病原物延续退步变异 ，招致已有的作物抗病性不竭被攻破。同时 ，发掘新型抗病基因和免疫受体的难度延续爬升 ，且过程耗时耗力 。是以 ，若能针对各类病原定制化筹划免疫受体 ，便可脱节天然抗病基因成本的枷锁束厄狭隘，使植物疾速掉落踪掉落踪对新病发害的抗病身手 。不过 ，精准靶向筹划植物免疫受体不竭是相干局限亟待兼并的重除夜科学艰苦 。
植物NLR免疫受体但凡依托富亮氨酸几回（LRR）筹划域辨认病原蛋白 。可是 ，LRR筹划域重除夜 、序列高度几回 ，难以展开人工更始与筹划。研究团队寄看到 ，一类非类型NLR免疫受体演变出了截然不合的辨认计策——经由过程体积更小 、下场绝对自力的整合钓饵（Integrated Decoy ，ID）筹划域，直接辨认病原蛋白 。鉴于ID筹划域具有出色的模块化特点 ，研究团队提出想象 ：可否经由过程人工筹划ID筹划域 ，授予植物免疫受体全新的病原辨认身手 ？
比来几年来 ，人工智能驱动的蛋白质从头筹划掉落踪掉落踪一系列主冲要破 ，使得针对特定靶蛋白筹划高亲和力连络蛋白（binder）成为大年夜大年夜约 。研究起首独霸AlphaFold 3料想病原蛋白的三维筹划 ，经由过程BindCraft完成连络蛋白（binder）的从头筹划，并借助HelixFold 3料想遴选结称身手强和晃荡性高的候选连络蛋白。研究团队进一步以人工筹划的连络蛋白更调天然ID筹划域 ，将其整合到水稻免疫受体Pikm-1中，构建构成全新的分化免疫受体 。研究由此创建了一套标准化的SPIR筹划流程，全数筹划过程无需依托已有的抗病基因成本，仅基于病原蛋白的筹划信息展开人工定向筹划，完成了植物免疫受体的可编程精准定制化创制 。
研究团队起首以土豆Y病毒（PVY）衣壳蛋白为验证靶标 ，筹划了48个SPIR，个中11个可以特异性辨认PVY衣壳蛋白并激活植物免疫回响 。在此根本上 ，团队进一步针对13种次要植物病毒（含乌干达木薯褐条纹病毒、番茄斑萎病毒 、土豆X病毒 、黄瓜绿班驳花叶病毒等），和细菌（丁喷喷喷喷喷鼻假单胞菌 、野油菜黄单胞菌） 、真菌（玉米黑粉菌） 、卵菌（除夜豆疫霉）等多种病原物的蛋白 ，完成了照顾SPIR的筹划 。研究团队共筹划并测试了391个SPIR ，个中71个可以特异地辨认对应病原蛋白并有效激活植物免疫回响 ，成功率为18.2% ，初度证实人工智能赞助的蛋白质筹划技能可以完成植物免疫受体的从头创制。
可是，除夜部分人工智能赞助筹划的分化植物免疫受体仍存在免疫活性窘蹙或自激活等问题 。为进一步汲引SPIR平台功用 ，研究团队将其与团队后期创建的植物体内定向退步琐细GRAPE（Science ，2025 ，DOI:10.1126/science.ady2167）相连络 ，较着加强了SPIR对病原蛋白的免疫活性 ，并有效降低了其自激逝世程度 ，幻想下场创建了无缺的植物分化免疫受体“筹划—构建—测试—退步”斥地流程 。进一步研究注解 ，不合SPIR之间具有高度辨认特异性和正交性 ，且可经由过程基因叠加计策同时辨认多种病原蛋白。愈加次要的是，考验考验证实表达SPIR的转基因植物可以有效抵挡照顾病毒的侵染 ，展示了SPIR技能在作物抗病遗传改进中的独霸潜力。
图 ：分化植物免疫受体（SPIR）的筹划与验证
不合于传统抗病育种对天然抗病基因的发掘与独霸，SPIR平台初度完成了植物免疫受体的定制化筹划 ，授予植物辨认天然界全新病原靶标蛋白的身手。依托该技能平台，可针对各类特异性病原蛋白 ，在数周内疾速筹划对应的人工分化植物免疫受体 ，为高效应对新发 、突病发害和病原物变异供给了全新技能路途 。愈加关头的是 ，这项工作提出的“可编程植物分化免疫”新理念 ，完成了植物免疫受体从“天然发掘创作创造”向“人工精准筹划”的范式改削 ，鞭挞植物抗病育种从“独霸天然”迈向“定向创制”的新阶段 。正如审稿人所评价的 ，该工作是植物免疫工程局限的一项重猛盼看 ，为在作物中斥地经久 、广谱的抗病性奠定了波动根本 。将来，跟着人工智能 、蛋白质筹划与植物体内定向退步等前沿技能的深度迟滞融合，植物分化免疫受体有看无缺完成按需筹划与迭代优化 ，为作物抗病改进供给通用的全新措置筹划 。
遗传发育所高彩霞研究员为论文通信作者 ，博士后祝皓诚 、博士后姜丹丹 、硕士研究生张巧为论文合营第一作者 。中国科学院微生物研究所邱金龙研究员 、北京齐禾生科生物科技无穷公司首席技能官赵天萌为研究供给了培养汲引性的带领和定见。北京齐禾生科生物科技无穷公司初级科学家张康介入了课题研究 。中国农业科学院植物呵护研究所周雪平研究员 、南京农业除夜学陶小荣传授供给了次要考验考验材料 。本研究掉落踪掉落踪国度天然科学基金 、北京市村答复农业科技项目和新基石科学基金会等项方针搀扶赞助。
相干论文信息 ：
https://doi.org/10.1126/science.aee1792
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北京时分2026年7月24日2时 ，研究疫新《科学》（Science）在线宣布了中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队题为“Programmable design of synthetic plant immune receptors for pathogen protein recognition”的提出研谈论文。
研究团队初度提出“可编程植物分化免疫（Programmable Plant Synthetic Immunity）”的可编科学新理念 ，经由过程整合人工智能赞助蛋白质筹划 、程植模块化免疫受体工程和植物体内定向退步技能 ，物分网创建了可编程的化免分化植物免疫受体（Synthetic Plant Immune Receptor ，SPIR）筹划平台 ，理念完成了植物免疫受体的旧事精准定制化筹划 。
该下场打破了天然抗病基因成本的研究疫新限制 ，为疾速应对新病发害和病原物变异供给了全新的提出技能线路。
植物病害严次威胁全球农业花费和粮食安然 ，可编科学每年构成数千亿美元的程植经济丧损掉落踪落 。培养和奉行作物抗病品种是物分网植物病害绿色防控的中心计策之一 。经久以来，化免作物抗病育种次要依托植物抗病基因（Resistance gene ，理念R基因）的发掘与独霸 。除夜除夜都抗病基因编码核苷酸连络富亮氨酸几回（NLR）免疫受体 ，经由过程辨认病原物效应蛋白激活植物免疫回响。可是 ，植物基因组编码的免疫受体数量无穷 ，加上病原物延续退步变异 ，招致已有的作物抗病性不竭被攻破。同时 ，发掘新型抗病基因和免疫受体的难度延续爬升 ，且过程耗时耗力 。是以 ，若能针对各类病原定制化筹划免疫受体 ，便可脱节天然抗病基因成本的枷锁束厄狭隘，使植物疾速掉落踪掉落踪对新病发害的抗病身手 。不过 ，精准靶向筹划植物免疫受体不竭是相干局限亟待兼并的重除夜科学艰苦 。
植物NLR免疫受体但凡依托富亮氨酸几回（LRR）筹划域辨认病原蛋白 。可是 ，LRR筹划域重除夜 、序列高度几回 ，难以展开人工更始与筹划。研究团队寄看到 ，一类非类型NLR免疫受体演变出了截然不合的辨认计策——经由过程体积更小 、下场绝对自力的整合钓饵（Integrated Decoy ，ID）筹划域，直接辨认病原蛋白 。鉴于ID筹划域具有出色的模块化特点 ，研究团队提出想象 ：可否经由过程人工筹划ID筹划域 ，授予植物免疫受体全新的病原辨认身手 ？
比来几年来 ，人工智能驱动的蛋白质从头筹划掉落踪掉落踪一系列主冲要破 ，使得针对特定靶蛋白筹划高亲和力连络蛋白（binder）成为大年夜大年夜约 。研究起首独霸AlphaFold 3料想病原蛋白的三维筹划 ，经由过程BindCraft完成连络蛋白（binder）的从头筹划，并借助HelixFold 3料想遴选结称身手强和晃荡性高的候选连络蛋白。研究团队进一步以人工筹划的连络蛋白更调天然ID筹划域 ，将其整合到水稻免疫受体Pikm-1中，构建构成全新的分化免疫受体 。研究由此创建了一套标准化的SPIR筹划流程，全数筹划过程无需依托已有的抗病基因成本，仅基于病原蛋白的筹划信息展开人工定向筹划，完成了植物免疫受体的可编程精准定制化创制 。
研究团队起首以土豆Y病毒（PVY）衣壳蛋白为验证靶标 ，筹划了48个SPIR，个中11个可以特异性辨认PVY衣壳蛋白并激活植物免疫回响 。在此根本上 ，团队进一步针对13种次要植物病毒（含乌干达木薯褐条纹病毒、番茄斑萎病毒 、土豆X病毒 、黄瓜绿班驳花叶病毒等），和细菌（丁喷喷喷喷喷鼻假单胞菌 、野油菜黄单胞菌） 、真菌（玉米黑粉菌） 、卵菌（除夜豆疫霉）等多种病原物的蛋白 ，完成了照顾SPIR的筹划 。研究团队共筹划并测试了391个SPIR ，个中71个可以特异地辨认对应病原蛋白并有效激活植物免疫回响 ，成功率为18.2% ，初度证实人工智能赞助的蛋白质筹划技能可以完成植物免疫受体的从头创制。
可是，除夜部分人工智能赞助筹划的分化植物免疫受体仍存在免疫活性窘蹙或自激活等问题 。为进一步汲引SPIR平台功用 ，研究团队将其与团队后期创建的植物体内定向退步琐细GRAPE（Science ，2025 ，DOI:10.1126/science.ady2167）相连络 ，较着加强了SPIR对病原蛋白的免疫活性 ，并有效降低了其自激逝世程度 ，幻想下场创建了无缺的植物分化免疫受体“筹划—构建—测试—退步”斥地流程 。进一步研究注解 ，不合SPIR之间具有高度辨认特异性和正交性 ，且可经由过程基因叠加计策同时辨认多种病原蛋白。愈加次要的是，考验考验证实表达SPIR的转基因植物可以有效抵挡照顾病毒的侵染 ，展示了SPIR技能在作物抗病遗传改进中的独霸潜力。
图 ：分化植物免疫受体（SPIR）的筹划与验证
不合于传统抗病育种对天然抗病基因的发掘与独霸，SPIR平台初度完成了植物免疫受体的定制化筹划 ，授予植物辨认天然界全新病原靶标蛋白的身手。依托该技能平台，可针对各类特异性病原蛋白 ，在数周内疾速筹划对应的人工分化植物免疫受体 ，为高效应对新发 、突病发害和病原物变异供给了全新技能路途 。愈加关头的是 ，这项工作提出的“可编程植物分化免疫”新理念 ，完成了植物免疫受体从“天然发掘创作创造”向“人工精准筹划”的范式改削 ，鞭挞植物抗病育种从“独霸天然”迈向“定向创制”的新阶段 。正如审稿人所评价的 ，该工作是植物免疫工程局限的一项重猛盼看 ，为在作物中斥地经久 、广谱的抗病性奠定了波动根本 。将来，跟着人工智能 、蛋白质筹划与植物体内定向退步等前沿技能的深度迟滞融合，植物分化免疫受体有看无缺完成按需筹划与迭代优化 ，为作物抗病改进供给通用的全新措置筹划 。
遗传发育所高彩霞研究员为论文通信作者 ，博士后祝皓诚 、博士后姜丹丹 、硕士研究生张巧为论文合营第一作者 。中国科学院微生物研究所邱金龙研究员 、北京齐禾生科生物科技无穷公司首席技能官赵天萌为研究供给了培养汲引性的带领和定见。北京齐禾生科生物科技无穷公司初级科学家张康介入了课题研究 。中国农业科学院植物呵护研究所周雪平研究员 、南京农业除夜学陶小荣传授供给了次要考验考验材料 。本研究掉落踪掉落踪国度天然科学基金 、北京市村答复农业科技项目和新基石科学基金会等项方针搀扶赞助。
相干论文信息 ：
https://doi.org/10.1126/science.aee1792
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