近日，山东农业大学生命科学学院王勇、解永超教授团队联合多家科研单位，在国际权威期刊《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表题为“Structural basis for dual mechanism of Cas2/3 nuclease inhibition by anti-CRISPR protein AcrIF19”的最新研究成果。该研究首次揭示了抗CRISPR蛋白AcrIF19全新双重抑制机制，为CRISPR基因编辑技术精准优化、小麦等作物精准育种提供了重要理论支撑。
CRISPR-Cas系统是原核生物抵御噬菌体入侵的天然免疫防线，能精准识别并清除入侵的外源基因，噬菌体编码的抗CRISPR（Acr）蛋白可反向抑制该系统，二者构成微生物间的重要攻防关系。I-F型CRISPR-Cas系统的核心功能蛋白Cas2/3负责降解入侵外源DNA，是系统发挥免疫功能的关键。
“目前科学界已发现多种靶向I-F型系统的Acr蛋白，但能直接靶向核心核酸酶Cas2/3发挥抑制作用的寥寥无几，我们聚焦的AcrIF19便是其中之一。”论文通讯作者解永超教授介绍，AcrIF19具有极强的物种靶向特异性，对马铃薯黑腐病致病菌——黑腐果胶杆菌的I-F型CRISPR-Cas系统产生抑制效果，且能特异性靶向核心功能蛋白Cas2/3，但其背后的分子作用机制，一直是未解之谜。
图1 Cas2/3-AcrIF19复合物的冷冻电镜结构
为搞清AcrIF19的独特抑制机制，团队借助冷冻电镜尖端设备，放大到分子微观层面，高清解析出AcrIF19与Cas2/3结合前后的三维立体结构，精准捕捉到蛋白形态的细微变化，为机制解析提供了证据支撑。
经过多轮实验验证，团队摸清了AcrIF19蛋白的“工作逻辑”，解锁了“底物阻断+构象锁定”的全新双重抑制模式。通俗来讲，AcrIF19蛋白拥有两种“抑制手段”：一是“堵门路”，通过物理占位挡住反应通道，阻止底物结合，让病菌无法启动基因免疫反应；二是“锁形态”，牢牢固定住核心蛋白的空间结构，锁住其活性形态，彻底关停蛋白的催化功能，从双重维度彻底灭活Cas2/3核酸酶功能。
这一成果首次证实AcrIF19为靶向Cas2/3的双功能抗CRISPR蛋白，填补了I-F型CRISPR系统免疫调控的机制空白。研究揭示的AcrIF19双重抑制机制，为CRISPR基因编辑提供了天然精准的调控工具，进一步丰富了新型基因编辑工具库。同时，研究成果也为小麦等农作物基因编辑育种、优良性状定向改良提供了重要理论参考，助力种业生物技术升级与现代农业高质量发展。
团队合影
（一排左起：薛丽、齐盛东、王勇、田延臣、樊红梅）
（二排左起：曹红瑞、解永超、刘静、
贾静波、李清清、李树娜）
山东农业大学王勇、解永超教授，北京科技大学王文贺，北京化工大学张怡副教授担任共同通讯作者。山东农业大学生命科学学院研究生撒元硕、刘春蕾、岳岭，以及宜春学院杨灵光副教授为论文共同第一作者，山东农业大学为第一单位。山东农业大学冷冻电镜中心等单位在数据采集和分析上提供了重要支持。山东农业大学冷冻电镜中心王培毅、李勇教授给予了重要指导和帮助。本研究得到国家自然科学基金、山东省泰山学者项目、山东省自然科学基金等项目的资助。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-73156-3
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