中国科学院高彩霞团队首次提出'可编程植物合成免疫'新理念
中科院团队提出植物合成免疫新理念，属重大科研突破，影响深远，信息增量大，权威性高，时效性好。
中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队首次提出'可编程植物合成免疫'新理念,建立可编程合成植物免疫受体(SPIR)设计平台,实现了植物免疫受体的精准定制化设计,突破天然抗病基因资源瓶颈,相关研究近日在线发表于《科学》。
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【中国科学报】新技术让植物免疫系统实现“按需定制”
2026年07月30日 来源： 中国科学报 冯丽妃
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中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞团队首次提出“可编程植物合成免疫”新理念，建立可编程合成植物免疫受体（SPIR）设计平台，实现了植物免疫受体的精准定制化设计，突破天然抗病基因资源瓶颈，为快速应对新发及变异病原病害提供了全新技术路线。相关研究近日在线发表于《科学》。
植物病害每年给全球农业造成数千亿美元经济损失，传统抗病育种高度依赖天然存在的抗病基因，其主要编码核苷酸结合富亮氨酸重复序列（NLR）免疫受体。但已鉴定的抗病基因数量有限，且病原物不断变异，导致抗性容易被突破。攻克“精准靶向设计植物免疫受体”这一科学难题，成为领域内长期的目标。
高彩霞团队另辟蹊径，聚焦一类非典型NLR免疫受体中的“整合诱饵”结构域。该结构域体积小、功能独立，具备良好的模块化改造潜力。研究团队借助人工智能蛋白质设计工具，针对预测的病原蛋白结构从头设计结合蛋白，并将其作为人工“诱饵”整合至水稻免疫受体Pikm-1中，形成全新的合成免疫受体。整个设计过程无需依赖已有抗病基因，仅凭病原蛋白的预测结构信息即可完成，实现了植物免疫受体的可编程精准定制化创制。
为验证平台可行性，研究团队首先针对马铃薯Y病毒衣壳蛋白设计48个SPIR，其中11个能特异性识别靶标并激活植物免疫反应。随后，他们进一步针对13种重要植物病毒以及细菌、真菌、卵菌等病原物的蛋白，共设计并测试391个SPIR，成功率达18.2%，首次证明人工智能辅助设计可实现植物免疫受体从头创制。
针对部分SPIR存在的免疫活性不足、自激活等短板，研究团队将SPIR平台与前期开发的植物体内定向进化系统GRAPE相结合，显著增强了SPIR对病原蛋白的免疫活性，并有效降低了其自激活水平，完善了“设计-构建-测试-进化”全流程体系。进一步实验表明，不同SPIR具有高度特异性，且可通过基因叠加同时识别多种病原；表达SPIR的植物能有效抵御相应病毒的侵染，展现出在作物抗病改良中的良好应用前景。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.aee1792
（原载于《中国科学报》 2026-07-30 第1版 要闻）
中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞团队首次提出“可编程植物合成免疫”新理念，建立可编程合成植物免疫受体（SPIR）设计平台，实现了植物免疫受体的精准定制化设计，突破天然抗病基因资源瓶颈，为快速应对新发及变异病原病害提供了全新技术路线。相关研究近日在线发表于《科学》。植物病害每年给全球农业造成数千亿美元经济损失，传统抗病育种高度依赖天然存在的抗病基因，其主要编码核苷酸结合富亮氨酸重复序列（NLR）免疫受体。但已鉴定的抗病基因数量有限，且病原物不断变异，导致抗性容易被突破。攻克“精准靶向设计植物免疫受体”这一科学难题，成为领域内长期的目标。高彩霞团队另辟蹊径，聚焦一类非典型NLR免疫受体中的“整合诱饵”结构域。该结构域体积小、功能独立，具备良好的模块化改造潜力。研究团队借助人工智能蛋白质设计工具，针对预测的病原蛋白结构从头设计结合蛋白，并将其作为人工“诱饵”整合至水稻免疫受体Pikm-1中，形成全新的合成免疫受体。整个设计过程无需依赖已有抗病基因，仅凭病原蛋白的预测结构信息即可完成，实现了植物免疫受体的可编程精准定制化创制。为验证平台可行性，研究团队首先针对马铃薯Y病毒衣壳蛋白设计48个SPIR，其中11个能特异性识别靶标并激活植物免疫反应。随后，他们进一步针对13种重要植物病毒以及细菌、真菌、卵菌等病原物的蛋白，共设计并测试391个SPIR，成功率达18.2%，首次证明人工智能辅助设计可实现植物免疫受体从头创制。针对部分SPIR存在的免疫活性不足、自激活等短板，研究团队将SPIR平台与前期开发的植物体内定向进化系统GRAPE相结合，显著增强了SPI