7 月 24 日消息，據央視新聞報導，中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞研究員團隊在植物免疫工程領域取得重大突破，首次提出“可編程植物合成免疫”新理念。

該團隊成功建立了可編程的合成植物免疫受體設計平臺，實現了植物免疫受體的精准定制化設計。相關研究成果於今日淩晨在《科學》以“首次線上發佈”形式發表。

植物病害每年造成數千億美元的經濟損失。傳統作物抗病育種高度依賴對天然抗病基因的發掘與利用，但植物基因組編碼的免疫受體數量有限，且病原物持續進化變異，導致已有抗病性不斷被攻破。針對這一難題，研究團隊整合了人工智慧輔助蛋白質設計、模組化免疫受體工程和植物體內定向進化技術。

植物 NLR 免疫受體是植物免疫系統的核心組分，主要通過高度重複的富亮氨酸重複結構域來檢測病原體，傳統方法難以對其進行工程化改造。此次研究利用了一類通過緊湊型模組化集成誘餌結構域識別病原體的 NLR 受體，該結構域可被新設計的病原識別模組替換。

具體實施中，團隊利用 AlphaFold 3 和 BindCraft 等 AI 輔助蛋白質工具，針對病原蛋白從頭設計結合蛋白，並將其整合到水稻免疫受體 Pikm-1 中，構建形成全新的合成免疫受體。整個設計過程無需依賴已有抗病基因資源，僅基於病原蛋白的結構資訊即可開展。團隊以馬鈴薯 Y 病毒衣殼蛋白為驗證靶標，設計 48 個合成受體，其中 11 個能特異性識別靶標並啟動免疫反應。在此基礎上，團隊進一步針對 13 種重要植物病毒以及細菌、真菌、卵菌等多種病原物的蛋白完成了相應設計。

研究團隊共設計並測試了 391 個合成植物免疫受體，其中 71 個（成功率 18.2%）能夠特異識別對應病原蛋白並有效啟動植物免疫反應，首次證明了 AI 輔助的蛋白質設計技術可實現植物免疫受體的從頭創制。針對部分設計存在的免疫活性不足或自啟動問題，團隊利用其前期建立的植物體內定向進化系統（GRAPE）對受體進行了優化。經優化的合成免疫受體在轉基因本氏煙草中展現出了對番茄褐色皺果病毒的有效抗性。

論文通訊作者高彩霞研究員表示，該研究突破了天然抗病基因資源的限制，為快速應對植物新發病害和病原物變異提供了全新技術路線。

她透露，未來隨著 AI、蛋白質設計與體內定向進化等技術的深度融合，植物合成免疫受體有望完全實現按需設計與迭代優化。《科學》審稿人評價稱，該成果為在作物中開發持久、廣譜的抗病性奠定了堅實基礎。

來源：中國IT之家