使谷类作物更耐真菌病的蓝图

白粉病是大麦的一种破坏性真菌病害，可导致作物损失高达40%。为了保护自己免受白粉病的侵害，大麦已经进化出一系列免疫受体，每种受体都能识别被称为效应器的匹配的、菌株特异性的白粉病蛋白

这一识别事件赋予了抗性，因此科学家可以利用从这种相互作用的研究中收集到的见解，使大麦及其姊妹物种（如小麦）对这种昂贵的疾病更具抗性

现在，德国科隆马克斯·普朗克植物育种研究所（MPIPZ）的科学家们利用尖端技术，成功地确定了一种名为MLA13的免疫受体与其匹配的真菌效应器AVRA13-1复合形成的结构。他们的研究结果发表在《EMBO杂志》上

由MPIPZ的Paul Schulze-Lefert、科隆大学的Elmar Behrmann和中国杭州西湖大学的Jijie Chai领导的研究人员使用了低温电子显微镜（cryo-EM）技术。在低温EM中，样品被冷却到低温，蛋白质等生物标本的结构通过嵌入无定形冰中而得以保存

最终的原子分辨率结构揭示了植物免疫受体和真菌效应器如何相互作用，以及真菌效应器采用的结构

这些见解使第一作者Aaron W.Lawson能够设计出另一种免疫受体MLA7的新版本，MLA7可以识别一种名为AVRA7的效应器。MLA免疫受体的序列彼此高度相似，MLA7和MLA13也是如此。因此，Lawson和他的合著者询问，基于MLA13-AVRA13-1的结构，他们是否可以改变MLA7的识别特异性。事实上，通过仅改变MLA7蛋白质序列中的一个氨基酸，作者成功地设计了一种新版本的MLA7，该版本现在可以识别AVRA13-1，同时保留了对AVRA7的识别。

植物育种传统上涉及艰苦和时间密集的杂交，以获得具有不同属性所需组合的植物。然而，导致大麦白粉病的真菌迅速多样化，这意味着传统的育种技术无法跟上新的、有毒的真菌变种的出现

在展示如何改造免疫受体以改变或扩大其特异性时——这种方法比传统育种更精确、更快速——作者的研究结果表明，这种受体的结构导向基因编辑可以成为保护大麦免受疾病侵害和确保粮食安全的可行工具

编码MLA免疫受体的基因是在一个禾本科的共同祖先中进化而来的，该禾本科包括姊妹物种大麦、小麦、燕麦和黑麦，在每种谷物中都有发现。由于MLA免疫受体还可以赋予其他微生物病原体如锈菌和稻瘟病菌免疫力，因此基因编辑的MLA受体有可能保护这些主要作物免受多种经济相关疾病的侵害 More information: Aaron W Lawson et al, The barley MLA13-AVRA13 heterodimer reveals principles for immunoreceptor recognition of RNase-like powdery mildew effectors, The EMBO Journal (2025). DOI: 10.1038/s44318-025-00373-9

Journal information: EMBO Journal