南京农业大学副院长再发《Science》论文
- 2026-07-21 16:35:36
近日，南京农业大学董莎萌教授团队在国际顶尖学术期刊《Science》上发表了一篇题为“Surface Immune Signaling Unlocks NLR Activation Through mRNA Alternative Splicing”的研究论文。该研究首次揭示了植物NLR抗病受体中存在一种类似“保险栓”的免疫调控元件，并阐明了植物如何通过RNA可变剪切精准解除这一“分子保险”，从而预激活抗病蛋白的分子机理。这一发现不仅解析了植物两层免疫系统协同调控的内在机制，也为作物抗病育种和新型免疫诱抗剂的开发奠定了坚实的理论基础。此前，董莎萌教授还在《Science》发表过题为Effector Specialization in a Lineage of the Irish Potato Famine Pathogen的相关研究论文。点击阅读：
南京农业大学副院长第一作者发表《Science》、入选国家级人才计划，在《Nature》再获重要进展，植物“免疫外挂”上线！
马铃薯晚疫病是全球最具毁灭性的农业病害之一，曾在历史上引发著名的“爱尔兰大饥荒”，至今每年仍给全球带来超过百亿美元的经济损失，并被我国列入《一类农作物病虫害名录》。为了应对这一严峻挑战，鉴定抗病新基因并精准改良作物抗性成为实现病害可持续治理的核心策略。植物的免疫系统主要由细胞膜受体PRRs介导的模式触发免疫（PTI）和胞内受体NLRs介导的效应子触发免疫（ETI）两道防线构成。其中，NLR抗病蛋白是最核心的免疫武器，但其威力巨大，一旦被错误激活，便会导致植物产生严重的免疫和生长损伤。因此，植物必须建立精确的调控机制，在确保抗病能力的同时避免“误伤自己”。
在探究优良抗晚疫病基因Rpi-vnt1.1的抗性机制时，研究团队发现该蛋白前端、MADA保守基序的上游存在一段功能未知的延伸序列，由mRNA上的一个5'端U12型内含子编码。通过可变剪切，抗病基因能够形成两种不同的转录本，进而翻译出携带或缺失前端延伸的蛋白形式。研究表明，只有移除前端延伸的成熟蛋白才能成功组装抗病小体并激活完整的免疫反应，但其过表达会导致免疫自激活和细胞死亡；而保留前端延伸的未成熟蛋白则会丧失免疫功能。基于此，团队提出了“分子保险”的概念：在未受病原侵染时，前端延伸元件将抗病蛋白的免疫活性锁住，使其保持“待命状态”，正如重型武器的保险栓，防止因免疫异常激活而影响植物正常的生长发育。
那么，这道“分子保险”究竟是如何被打开的？研究勾勒出了一条清晰的分子通路：当植物感知到病原入侵时，细胞表面受体首先识别病原免疫信号分子，迅速触发PTI免疫反应，并随即诱导Rpi-vnt1.1 mRNA发生可变剪切，精准移除编码“分子保险”的内含子序列。这一过程使得MADA基序暴露，NLR蛋白进入免疫活性预激活状态。这些被预先解锁的活性抗病蛋白蓄势待发，一旦识别到病原进一步释放的效应因子，便能快速组装抗病小体、引发超敏反应（HR），启动强烈的ETI防御反应以阻止病原扩散。团队由此提出了“细胞膜免疫识别—可变剪切开关—胞内免疫激活”的新模型，首次将细胞膜表面免疫识别与胞内抗病受体激活过程直接联系起来，为理解植物免疫系统的协同运作提供了全新的理论框架。
进一步的研究表明，这种“分子保险”机制并非个别基因的偶然现象。在被子植物中，超过600个NLR抗病蛋白具有类似的前端延伸结构，并形成了独立的进化分支，表明这可能是一类NLR受体的保守调控策略。更有趣的是，哺乳动物中也存在类似的机制。这种趋同演化现象提示，通过剪切开关调控免疫蛋白的激活，可能是真核生物共有的免疫调控智慧。
这项研究为作物抗病改良和生物肥药开发提供了新的思路。一方面，通过挖掘新基因或改造现有抗病基因，引入膜免疫信号依赖型抑制元件，可以实现广谱抗性的精准调控；另一方面，基于该机制筛选出特异性促进NLR剪切的潜在分子，有望为新型生物农药的开发提供全新的工具与方法。这也是南京农业大学承担的“生物肥药”教育部基础学科与交叉学科突破计划近期取得的一项前沿突破。
该论文由南京农业大学植物保护学院作物疫病团队董莎萌教授和英国帝国理工学院Tolga Bozkurt教授担任共同通讯作者，植物保护学院博士高楚云和博士生孟曦为共同第一作者。陈先楚、毕业生李康平、孙碧莹、杨雷云教授、王源超教授等参与了本研究工作。
