植物互作蛋白筛选

l题目：揭示不同植物类群中识别疫霉菌的趋同进化模式识别受体

l期刊：Plant Biotechnology Journal

l影响因子：10.5

l发表时间：2025年10月15日

l原文链接：10.1111/pbi.70409

植物细胞表面的模式识别受体（PRRs）是先天免疫第一道防线，通过识别病原体相关分子模式（MAMPs）激活模式触发免疫（PTI），但PRRs在作物中的发现长期受限于谱系特异性分化——传统方法因PRR序列保守性低、蛋白丰度低收效甚微。近期，Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了由南京农业大学窦道龙教授团队题为“Uncovering Convergent Pattern Recognition Receptors RecognisingPhytophthoraAcross Plant Lineages”的研究论文。该研究以疫霉菌MAMP RLK6为对象，揭示PRRs跨植物谱系的趋同进化规律，建立“AI预测+模式植物回补验证”整合流程，成功挖掘大豆、本氏烟中识别RLK6的非同源功能受体，为作物免疫工程破局。

1

PRR趋同进化：植物免疫的“殊途同归”策略

研究团队评估PRR趋同进化普遍性：筛选14种不同来源的已明确功能MAMPs，分析其在15个科植物中的免疫激活能力。结果显示，这些MAMPs可在远缘植物触发PTI，但介导反应的PRRs谱系特异性显著——跨科植物中识别同一MAMP的PRR同源物序列一致性仅约40%，远低于直系同源蛋白保守水平。

图1A.左栏为细菌、真菌、卵菌、植食性昆虫来源的MAMPs分类；右栏为15种植物进化树，彩色虚线连接MAMP与触发免疫的植物，粗线代表PRR功能已验证。B.跨植物PRR同源物序列相似性热图，印证趋同进化特征。

趋同进化是植物PRR应对MAMPs的普遍策略——不同植物谱系通过独立进化出结构不同但功能等效的PRRs，实现对同一保守MAMP的识别，这为突破“同源克隆依赖”的PRR发现瓶颈提供了理论依据。

2

本氏烟中的RLK6受体：NbRKR1/2的冗余免疫功能

研究以卵菌MAMP RLK6的胞外域（PsRLK6ECD）为模型，先在本氏烟中鉴定受体。已知PsRLK6ECD需依赖共受体BAK1和SOBIR1激活PTI，提示受体为富亮氨酸重复受体样蛋白（LRR-RLP）。

通过烟草脆裂病毒（TRV）介导的基因沉默，发现沉默两个高度同源LRR-RLP基因（命名NbRKR1、NbRKR2，氨基酸相似度87.6%）后，PsRLK6ECD诱导的ROS爆发消失。进一步用CRISPR/Cas9构建突变体验证：

• rkr1突变体中，PsRLK6ECD诱导的ROS生成及PTI标志基因CYP71D20表达降约90%，rkr2突变体仅降20%，表明NbRKR1主导、NbRKR2辅助；

• rkr1/rkr2双突变体完全丧失对PsRLK6ECD的响应，对疫霉菌（P. capsici）抗性显著降低；

• Co-IP证实NbRKR1/2均能与PsRLK6ECD直接结合（NbRKR1结合更强），且NbRKR1可与SOBIR1组成性结合，PsRLK6ECD处理后招募BAK1形成三元复合物。

图2A、B.不同RKR突变体与野生型（WT）的ROS生成曲线及总RLU统计（n=8）；C.CYP71D20表达定量（n=3）；D.接种病斑表型及病原菌生物量；E-G.Co-IP验证受体与配体、共受体的互作。

这些结果明确了NbRKR1/2作为本氏烟中PsRLK6ECD的冗余受体，为后续挖掘其他作物中的趋同受体提供了“参照标准”。

3

大豆中的趋同受体：AI引导发现GmRLP30

大豆能响应PsRLK6ECD，但无NbRKR1/2直系同源物。研究建立“生物信息学筛选+AlphaFold3结构预测+模式植物验证”三步策略，鉴定出趋同受体GmRLP30：

1. 候选筛选：从大豆基因组筛选含信号肽、胞外LRR≥10个的LRR-RLP，获96个候选；

2. AI结构预测：用AlphaFold3构建“候选-PsRLK6免疫表位-BAK1”三元复合物模型，按相互作用概率（ipTM≥0.75）选20个候选；
   

3. 功能验证：仅GmRLP30在本氏烟rkr1突变体中，能恢复PsRLK6ECD诱导的ROS迸发、防御基因表达，且增强抗病性。

图3A.GmRLP30筛选流程；B.CYP71D20表达恢复情况（n=3）；C.接种P. capsici的病斑及生物量；D-F.Co-IP验证互作。

进一步在大豆EMS突变体（G2421A突变致提前终止）中验证：突变体中PsRLK6ECD诱导的ROS生成、防御基因PR1表达显著下降，抗病性完全丧失，证实GmRLP30是大豆响应PsRLK6ECD的必需受体。

Co-IP显示GmRLP30可直接结合PsRLK6ECD，且与共受体互作模式同NbRKR1。值得注意的是，GmRLP30与NbRKR1氨基酸序列一致性不足50%，但功能完全等效，印证趋同进化。

4

跨物种受体转移：辣椒中重建RLK6免疫响应

辣椒（Capsicum annuum）无法响应PsRLK6ECD：基因组分析显示，辣椒缺失RKR2，RKR1因片段缺失形成截短蛋白CaRKR1，无法结合 PsRLK6ECD。

将NbRKR1或GmRLP30在辣椒中瞬时表达：

• 辣椒叶片重新出现PsRLK6ECD诱导的ROS迸发；

• 经PsRLK6ECD预处理后，接种的病斑面积减小、病原菌生物量降低。

这证实趋同PRRs具有跨物种功能兼容性，为作物抗病工程提供“即插即用”工具。

图4A.茄科植物RKR1/2分布；B.NbRKR1与CaRKR1结构对比；C.辣椒ROS生成情况（n=8）；D.Co-IP验证CaRKR1不结合PsRLK6ECD；E、F.异源表达后ROS恢复及抗病性增强（n=3，P<0.01）。

5

整合流程：开启作物PRR发现与免疫工程新纪元

团队提出跨作物趋同PRR挖掘的整合流程，核心分三阶段：

1. 模式植物快速鉴定PRR：用本氏烟（VIGS）、拟南芥（T-DNA突变体），通过ROS迸发等免疫表型结合CRISPR验证，确定参照受体；

2. AI引导作物PRR筛选：筛选作物PRR候选，用AlphaFold3预测复合物结构，在模式植物PRR缺失突变体中验证，最终在作物自身突变体验证；

3. PRR工程应用：通过跨物种PRR转移、多趋同PRR堆叠（识别同一MAMP不同表位）、合成PRR设计，增强作物广谱抗性，应对病原体免疫逃逸。

图5流程含模式植物PRR鉴定、AI引导作物PRR筛选、PRR工程三部分，最终培育高抗病性作物。

6

结语：从进化规律到育种实践的跨越

该研究不仅揭示植物PRR趋同进化的普遍性，更建立“不依赖序列同源性”的作物PRR发现方法——AlphaFold3结合模式植物验证，大幅缩短挖掘周期。而跨物种PRR转移的成功，为抗病育种提供灵活策略：未来通过堆叠趋同PRR，让作物识别同一MAMP 多个表位，规避病原菌免疫逃逸，实现持久抗病性，为应对粮食安全病害挑战提供技术支撑。

科晶生物作为第二作者单位 ，提供了AI多模态互作蛋白筛选服务，利用多种分子对接算法，从多个候选受体中筛选到免疫表位蛋白- PsRLK6-共受体 BAK1 互作的蛋白，形成三元复合物的互作机制。

科晶生物提供

多模态互作蛋白筛选服务

1.流程纵览

该技术采用了MegaDock、HDock和AlphaFold 3等当前领先的技术工具，通过多层次的筛选策略，从全蛋白数字文库逐步排除不符合条件的蛋白互作候选，并综合考虑结合能与结构预测两大核心要素，将筛选结果的科学性与全面性提升至更高水平。

2.客户提供：诱饵蛋白氨基酸序列及筛选物种的拉丁名即可

3.服务周期: 5-7个工作日

Megadock粗筛从海量数据中快速锁定Top200高潜力分子；Hdock精筛基于结合能绝对值筛选出Top20高亲和力候选；AlphaFold 3验证通过PTM（预测置信度）和ipTM（界面精度）验证复合体结构可靠性及生物学验证可行性。该流程以“高效初筛→精准聚焦→严格验证”模式，在保证速度的同时逐级提升精度，为后续研发提供高价值靶向分子。

2.物种蛋白文库

科晶生物目前已储存动物、植物、水产、微生物、人源等上百个物种蛋白质三维结构数据库，数据库均来源于AlphaFold Protein Structure Database，以下展示部分物种数据库：

3.拟交付结果

1）核心数据文件

全数据Excel表

基因编号、建模评分及PDB结构、对接分值等基础信息。

2）对接分析数据

① 初筛阶段

Megadock原始对接数据（初筛结果）。

② 精筛阶段

1) HDOCK原始对接数据（精细筛选结果）；

2) AlphaFold 3一对一分析原始数据（高精度互作验证）；

3) HDock与AlphaFold 3的联合候选蛋白原始数据。

3）项目流程文档

服务流程执行报告（从初筛到终稿的全流程记录）。

科晶服务

算力类

从头设计类

合肥科晶生物致力于计算机虚拟筛选推动生物学发展，拥有强大的服务器和先进的生物算法，专注于攻克复杂的分子对接问题，将为您的科研项目带来前所未有的加速和突破。