中国农业大学毕国志教授发文:无结构域防御者:非经典NLR的进化创新与应用前景

“Domain-less defenders: evolutionary innovations and agricultural promise of noncanonical NLRs”文章发表在《aBIOTECH》。缺失N端结构域的非经典NL蛋白并非进化遗迹，而是植物免疫的关键进化创新，可通过双基因协同作用介导作物抗虫免疫，为抗虫作物分子育种与免疫受体工程化改造提供了新基因资源与技术路径。

研究背景

核苷酸结合富亮氨酸重复（NLR）是植物核心免疫受体，经典NLR具备N端信号、中央NB-ARC、C端LRR三结构域，可形成抗性小体启动免疫；非经典NL蛋白仅保留NB-ARC与LRR结构域，在植物基因组中丰度极高，但功能机制长期不明。韧皮部取食害虫（高粱蚜、稻飞虱等）是全球作物减产的重要诱因，虽已定位高粱抗蚜主效位点RMES1，但其编码基因与作用机制尚未解析。

实验方法

研究采用正向遗传学克隆高粱RMES1位点的候选基因；通过功能验证确定基因的抗蚜活性；利用蛋白互作实验鉴定蚜虫效应子并验证结合位点；结合系统发育、共线性与泛基因组分析，解析NL蛋白的进化起源与保守性；检测下游信号通路，明确NL蛋白的免疫激活模式。

核心结果

高粱RMES1位点包含RMES1A、RMES1B两个非经典NL基因，二者需协同作用才能赋予高粱对高粱蚜的完整抗性，作用模式区别于单一NL或NL-经典NLR组合；

鉴定出蚜虫效应子MsEF1，该蛋白可与RMES1A/RMES1B的LRR结构域结合，且二者定位于胞外囊泡，亚细胞定位与经典NLR显著不同；

NL蛋白可激活水杨酸信号、脂氧合酶合成、WRKY转录调控等经典免疫通路，无需依赖N端CC/TIR结构域即可启动防御；

RMES1位点是禾本科古老保守位点，水稻同源基因BPH40同样具备抗虫性，该位点为适应性进化产物，抗性单倍型是古老遗传变异；

NL蛋白无经典自激活结构域，不易出现自激活损伤生长的问题，比经典NLR更适合用于作物免疫工程改造。

研究结论

NL蛋白是植物免疫系统的重要功能组分，通过双基因协同模式实现抗虫免疫，是结构简化与功能优化的进化创新；该研究揭示了非经典NLR的抗虫新机制，填补了NL蛋白功能认知空白，不仅完善了植物NLR免疫理论体系，还为培育抗虫稳产作物、设计安全高效的合成免疫受体提供了关键理论依据与基因资源。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100048