科学家发现小麦串联激酶的新免疫机制

研究人员揭示了一种新的免疫机制，串联激酶通过这种机制对抗病原体入侵：一种非典型的NLR蛋白WTN1（小麦串联NBD 1）与串联激酶WTK3结合，检测病原体效应器并启动免疫反应，从而赋予小麦对多种真菌疾病的抵抗力

中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇教授领导的植物免疫团队，与南京师范大学、崖州湾国家实验室和湘湖实验室的合作者一起，在《科学》杂志上发表了他们的研究

这项工作显著推进了对串联激酶功能的理解，为串联激酶与NLR在抗病性中的合作建立了一个新的范式，解决了串联激酶免疫调节途径中的一个关键缺口，并为具有广谱和多病原体抗性的作物品种的精确工程化提供了坚实的理论和实践基础

串联激酶蛋白（TKPs）是最近在小麦和大麦中发现的一类抗病蛋白。这些蛋白质以两个或多个串联排列的激酶结构域为特征，对一系列真菌病原体具有抗性，包括条锈病、叶锈病、茎锈病、白粉病、小麦瘟病和黑穗病，使其在育种应用中具有很高的价值

此前，IGDB刘领导的植物免疫研究小组成功克隆了广谱白粉病抗性基因Pm24（WTK3）和Pm36（WTK7-TM），它们分别编码来自中国小麦地方品种和野生二粒小麦的新型串联激酶

尽管取得了这些进展，但关于这些新型抗性蛋白的关键科学问题仍未得到解答，例如串联激酶识别病原体效应器（Avr）的机制、其不同激酶结构域在作物免疫中的功能作用，以及串联激酶激活抗病反应的特定免疫途径

通过筛选EMS诱导的白粉病抗性基因Pm24（WTK3）的易感突变体，研究小组确定了WTN1，这是WTK3介导的抗病途径的关键组成部分。WTN1是一种非典型的NLR蛋白，与WTK3密切相关。

遗传分析表明，WTN1对于WTK3介导的小麦白粉病免疫是不可或缺的，WTK3-WTN1对通过传感器-执行器合作模型激活免疫反应。值得注意的是，WTK3不仅赋予小麦白粉病抗性，还识别小麦瘟病效应器PWT4，引发免疫反应并表现出对小麦瘟病的潜在抗性

通过采用多学科方法，包括植物免疫学、生化测定、电生理实验和进化分析，该团队发现了WTK3和WTN1之间密切协调的关系，这使小麦能够对抗病原体入侵

具体来说，WTK3具有两个关键功能模块：第一个模块由伪激酶片段（PKF）和第一个激酶结构域（激酶I）组成，负责识别病原体效应器，而第二个激酶结构区（激酶II）与NLR蛋白WTN1相互作用，形成一个强大的“防御团队”。

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检测到病原体入侵后，WTK3-WTN1复合物迅速激活，形成一个促进钙离子（Ca²⁺）流入的离子通道，从而诱导过敏反应和程序性细胞死亡

重要的是，先前的研究已经证实，Pm24（WTK3）是一种源自中国小麦地方品种的独特遗传资源。经过多年的回交和标记辅助育种，该团队成功地将Pm24引入了多个高产小麦品种，新开发的抗病种质已免费分发给国内机构进行育种应用

这些发现有望解决中国主要小麦产区广谱白粉病抗性基因稀缺的问题，建立抵御小麦瘟病的潜在遗传屏障，并为农业可持续发展和产业升级提供必要的理论和技术支持 More information: Ping Lu et al, A wheat tandem kinase and NLR pair confers resistance to multiple fungal pathogens, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp5469

Journal information: Nature Communications , Science