植物免疫新突破：串联激酶开启作物广谱多抗新时代，全新植物免疫机制：为作物精准设计抗病品种添砖加瓦-灵通数据

中国科学院遗传与发育生物学研究所植物免疫团队联合多个科研伙伴的一项重要研究成果。该研究揭示了一种植物免疫新机制，即串联激酶抵御病原菌入侵的全新免疫机制，为作物广谱多抗品种精准设计奠定基础，具有重要的育种价值。

记者从中国科学院遗传与发育生物学研究所（遗传发育所）了解到，该所植物免疫团队携手多个科研伙伴，开展了一项在植物免疫领域意义重大的研究。此研究成功揭示了一种全新的植物免疫机制，填补了植物串联激酶（TKPs）免疫调控途径的空白，为作物广谱多抗品种的精准设计提供了坚实的理论与应用基础。

这项研究由中国科学院遗传发育所刘志勇研究员带领的植物免疫团队，联合北京农学院、南京师范大学、崖州湾国家实验室、湘湖实验室等科研单位共同完成。相关成果论文于北京时间3月28日凌晨在国际知名学术期刊《科学》（Science）上线发表。

WTK3的工作模型。中国科学院遗传发育所供图

研究论文详细揭示了串联激酶抵御病原菌入侵的全新免疫机制。一个非典型的NLR蛋白WTN1（Wheat Tandem NBD1）与串联激酶WTK3协同合作，共同识别病原菌的效应蛋白，进而激发免疫反应。这种协同作用使植物表现出对多种小麦真菌病害的抗性，突破了领域内对串联激酶作用机制的传统认识，发现了串联激酶与传统NLR协同抗病的新范式。

刘志勇研究员作为论文共同通讯作者介绍，串联激酶是近年来在小麦和大麦中发现的一类新型抗病蛋白。它由两个或多个激酶结构域串联而成，分别对条锈病、叶锈病、秆锈病、白粉病、麦瘟病和黑粉病表现出抗性，具有重要的育种价值。研究团队前期从中国小麦地方品种和野生二粒小麦中，分别克隆得到编码新型串联激酶的广谱抗白粉病基因Pm24（WTK3）和Pm36（WTK7 – TM）。然而，关于串联激酶这类新型抗病蛋白，仍存在诸多悬而未决的科学问题，比如串联激酶如何识别病原菌效应因子、不同激酶结构域在作物免疫反应中分别扮演什么角色以及通过何种免疫途径激活作物的抗病反应等。

在本项研究中，研究团队通过筛选抗白粉病基因Pm24（WTK3）的EMS诱变感病突变体，鉴定出一个WTK3抗病通路的关键因子WTN1。WTN1是与WTK3紧密连锁的非典型NLR蛋白。遗传学分析结果显示，WTN1的存在是WTK3免疫小麦白粉病的关键，WTK3 – WTN1通过感受器 – 编码器的协同作用模式激活免疫反应。特别值得一提的是，WTK3不仅能够抵抗小麦白粉病，还能识别麦瘟病菌效应因子PWT4并触发免疫反应，具有潜在的抗麦瘟病能力。

研究团队进一步运用植物免疫学、生化实验、电生理实验和进化分析等多种方法，发现小麦中的WTK3和WTN1基因在进化过程中形成了紧密的合作关系，共同助力小麦抵抗病原菌的入侵。具体而言，WTK3有两个重要的功能模块。第一个模块的任务是识别病原菌释放的“攻击信号”——效应蛋白；第二个模块则是形成一个“防御小分队”，当感知到病原菌入侵后，WTK3 – WTN1复合物迅速被激活，形成离子通道促进钙离子内流，从而激活超敏反应和细胞程序化死亡。

刘志勇总结指出，前期研究表明Pm24（WTK3）基因为中国小麦地方品种所特有的基因资源。研究团队经过多年的回交转育，已将Pm24基因导入到多个高产小麦底盘品种，创制的抗病新种质已无偿发放给国内多家单位进行抗病育种利用。