核心提示：9月16日，果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室马铃薯团队田振东课题组，联合英国邓迪大学Paul Birch 教授等，在国际学术期刊 Science Advances在线发表了题为“A Built-In Brake for Plant Immunity: Resistance （R） protein-mediated immunity is fine-tuned by R gene analogs”的研究论文。……（世界食品网-www.shijieshipin.com）
9月16日，果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室马铃薯团队田振东课题组，联合英国邓迪大学Paul Birch 教授等，在国际学术期刊 Science Advances在线发表了题为“A Built-In Brake for Plant Immunity: Resistance （R） protein-mediated immunity is fine-tuned by R gene analogs”的研究论文。
作物在其整个生育周期及各个生长阶段均面临多种病原菌的持续威胁，病害的频繁爆发已对全球粮食安全构成严峻挑战。利用植物内源抗病基因（R基因）是防控病害最为高效且经济的策略。绝大多数R基因编码NLR类免疫受体蛋白，通过识别病原菌效应子触发下游免疫反应；然而，在植物与病原菌的协同进化过程中，病原菌的快速进化很容易克服已有抗病基因的抗性。因此，筛选并利用具有广谱性和持久性的抗病基因，已成为现代抗病育种的首选方向。如何在减少化学农药依赖的前提下，延长R基因的有效使用年限，是作物育种家应对病害风险、保障粮食供给所面临的核心科学问题。
由卵菌致病疫霉（Phytophthora infestans）引起的马铃薯晚疫病，是全球马铃薯生产中最具毁灭性的病害，曾在19世纪40—50年代酿成著名的“爱尔兰大饥荒”，至今仍是威胁世界粮食安全的重大隐患。长期以来，从野生种质资源中导入主效抗病基因（R基因）是防控晚疫病的主要策略；然而，源自马铃薯野生种的绝大多数小种特异性R基因，已被不断快速进化的晚疫病菌群体所克服。与其他小种特异性R基因不同，来自马铃薯野生种Solanum demissum的R8基因，编码典型的CC?NLR蛋白，可识别致病疫霉无毒蛋白Avr8，在田间保持了近百年的持久抗性，并表现出明显的数量抗性特征，但其内在机制尚不明确。
研究团队的育种实践显示，含有R8基因的杂交后代群体中，单株晚疫病抗性水平存在显著差异。进一步从抗性水平不同的株系中，克隆获得多个与R8序列高度同源的RGAs（抗病基因类似物）。功能鉴定表明，这些RGAs自身不具备抗性功能；但部分成员（如RGA 10?65?1）在本氏烟中瞬时表达时，可削弱R8/Avr8引发的过敏反应（HR），降低R8介导的抗性水平。转基因验证结果进一步证实：在携带R8的高抗马铃薯及稳定异源表达R8的本氏烟材料中，过表达RGA 10?65?1后，接种晚疫病菌的叶片病斑显著扩大、产孢量大幅增加，且感病程度与RGA表达量呈正相关；相比之下，过表达非抑制型RGA 10?58?11的植株，其抗性表现与对照无明显差异。
机制探究表明，R8与致病疫霉无毒蛋白Avr8在细胞质中直接互作，继而触发下游辅助NLR蛋白NRC2的寡聚化，组装为抗病小体并转位至质膜，发挥钙离子通道功能。传感器R8定位于细胞质，仅负责信号感知，不参与NRC2抗病小体的组装。RGA 10-65-1同样在细胞质中结合Avr8，但无法激活NRC2寡聚化；相反，该类RGA通过竞争性结合Avr8，显著削弱R8/Avr8互作，从而抑制NRC2寡聚化及其在质膜上的富集，最终降低R8介导的免疫信号强度。据此，研究团队提出RGAs调控R8抗性的工作模型：群体中R8位点经随机不等交换、核苷酸突变等产生的具有强弱不同抑制作用的RGAs，在马铃薯抵御致病疫霉的过程中，R8介导的防御受抑制型RGAs的动态调控。无抑制因子时，病原菌分泌的Avr8进入宿主细胞质，被R8直接识别，进而触发下游辅助NLR蛋白NRC2寡聚化并组装为有活性的抗病小体，该复合体随后转位至质膜，诱发强烈的过敏反应（HR）和免疫应答；而当抑制型RGA（如RGA 10?65?1）存在时，该类RGA竞争性结合Avr8，削弱R8?Avr8互作，阻断从R8向NRC2的信号传递，导致NRC2激活受阻及其在质膜上的富集显著降低，最终抑制HR介导的细胞死亡，降低植株的抗病性水平。
理论上，高抗性基因因对病原菌施加更强选择压，易促使病原菌快速进化以突破抗性；而抗病基因与病原菌间的动态平衡，则有利于延长抗病基因的有效使用年限。本研究发现，部分与R8高度同源的抗病基因类似物（RGAs）可调节R8介导的免疫活性。这些RGAs自身虽不具备抗性功能，但能通过竞争性结合无毒蛋白Avr8，干扰R8对Avr8的识别并阻断下游免疫信号传导，从而充当 “内置免疫制动器”，动态调低R8介导的免疫强度。这种内源“免疫平衡术”在削弱对病原菌选择压的同时，维持了适度的抗性水平，有助于延长R8抗性的持久性。该结果部分解释了经典CC?NLR类抗病基因R8在田间表现出数量抗性与持久抗性的内在原因，并为持久抗病育种提供了新启示。传统育种常偏向选择高抗类型，然而高抗对病原菌选择压更强，易被克服；选择具备数量抗性特征、提供中等偏高水平抗性的基因型，可能更有利于抗性的长期维持。
综上，本研究从新的视角揭示了植物内源RGAs通过竞争性干扰调控NLR受体活性的机制，将研究视角从单个“明星抗病基因”拓展至其所在的遗传调控网络，深化了对植物免疫稳态建立与持久抗性维持的理解，为作物持久抗病育种提供了策略，对实现病害可持续防控具有重要指导价值。
华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室田振东教授为论文通讯作者，博士研究生聂佳惠为论文第一作者。本研究得到国家自然科学基金（32372172, 31761143007, 32072121）、国家重点研发计划（2023YFF1000404）和果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室（Horti-3Y-2024-013）项目的资助。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeh7029
英文摘要：Potato late blight caused by Phytophthora infestans threatens global food security. Unlike most race-specific resistance to P. infestans （Rpi） genes are rapidly overcome by evolving pathogen populations, the R8 gene from Solanum demissum has conferred durable, quantitative resistance for nearly a century despite encoding a canonical CC-NLR protein. We identified specific R8 gene analogs （RGAs） that act as negative modulators of R8-mediated immunity. These RGAs lack independent resistance functions but perturb the recognition of avirulence effector Avr8 by R8 and interfere with oligomerization and plasma membrane association of NRC2, a helper NLR essential for the R8 signaling pathway. Stable overexpression of such RGAs effectively compromises R8-mediated resistance in both potato and Nicotiana benthamiana. We propose that this endogenous regulation balances the intensity of R8-mediated immunity, likely reducing selection pressure on the pathogen population and prolonging resistance durability. Our findings reveal a regulatory layer where genetically-linked RGAs control R protein-mediated immunity, providing a conceptual framework for durable resistance breeding.
日期：2026-10-03
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