北京时间2026年7月24日2时，《科学》（Science）于线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队题为“Progra妹妹able design of synthetic plant i妹妹une receptors for pathogen protein recognition”的研究论文。

研究团队初次提出“可编程植物合成免疫（Progra妹妹able Plant Synthetic I妹妹unity）”的新理念，经由过程整合人工智能辅助卵白质设计、模块化免疫受体工程及植物体内定向进化技能，成立了可编程的合成植物免疫受体（Synthetic Plant I妹妹une Receptor，SPIR）设计平台，实现了植物免疫受体的精准定制化设计。

该结果冲破了自然抗病基因资源的限定，为快速应答新病发害及病原物变异提供了全新的技能线路。

植物病害严峻威逼全世界农业出产及食粮安全，每一年造成数千亿美元的经济丧失。培育及推广作物抗病品种是植物病害绿色防控的焦点计谋之一。持久以来，作物抗病育种重要依靠植物抗病基因（Resistance gene，R基因）的掘客与使用。年夜大都抗病基因编码核苷酸联合富亮氨酸反复（NLR）免疫受体，经由过程辨认病原物效应卵白激活植物免疫反映。然而，植物基因组编码的免疫受体数目有限，加上病原物连续进化变异，致使已经有的作物抗病性不停被攻破。同时，掘客新型抗病基因及免疫受体的难度连续爬升，且历程耗时耗力。是以，若能针对于各种病原定制化设计免疫受体，便可挣脱自然抗病基因资源的枷锁束缚，使植物快速得到对于新病发害的抗病能力。不外，精准靶向设计植物免疫受体始终是相干范畴亟待霸占的庞大科学难题。

植物NLR免疫受体凡是依靠富亮氨酸反复（LRR）布局域辨认病原卵白。然而，LRR布局域重大、序列高度反复，难以开展人工革新与设计。研究团队留意到，一类非典型NLR免疫受体演化出了大相径庭的辨认计谋——经由过程体积更小、功效相对于自力的整合钓饵（Integrated Decoy，ID）布局域，直接辨认病原卵白。鉴在ID布局域具有优良的模块化特性，研究团队提出假想：可否经由过程人工设计ID布局域，付与植物免疫受体全新的病原辨认能力？

最近几年来，人工智能驱动的卵白质重新设计取患上一系列主要冲破，使患上针对于特定靶卵白设计高亲及力联合卵白（binder）成为可能。研究起首使用AlphaFold 3猜测病原卵白的三维布局，经由过程BindCraft完成联合卵白（binder）的重新设计，并借助HelixFold 3猜测筛选联合能力强及不变性高的候选联合卵白。研究团队进一步以人工设计的联合卵白替换自然ID布局域，将其整合到水稻免疫受体Pikm-1中，构建形玉成新的合成免疫受体。研究由此成立了一套尺度化的SPIR设计流程，整个设计历程无需依靠已经有的抗病基因资源，仅基在病原卵白的布局信息开展人工定向设计，实现了植物免疫受体的可编程精准定制化创制。

研究团队起首以土豆Y病毒（PVY）衣壳卵白为验证靶标，设计了48个SPIR，此中11个可以或许特异性辨认PVY衣壳卵白并激活植物免疫反映。于此基础上，团队进一步针对于13种主要植物病毒（含乌干达木薯褐条纹病毒、番茄斑萎病毒、土豆X病毒、黄瓜绿班驳花叶病毒等），以和细菌（丁喷鼻假单胞菌、野油菜黄单胞菌）、真菌（玉米黑粉菌）、卵菌（年夜豆疫霉）等多种病原物的卵白，完成为了响应SPIR的设计。研究团队共设计并测试了391个SPIR，此中71个可以或许特异地辨认对于应病原卵白并有用激活植物免疫反映，乐成率为18.2%，初次证实人工智能辅助的卵白质设计技能可以或许实现植物免疫受体的重新创制。

然而，年夜部门人工智能辅助设计的合成植物免疫受体仍存于免疫活性不足或者自激活等问题。为进一步晋升SPIR平台机能，研究团队将其与团队前期成立的植物体内定向进化体系GRAPE（Science，2025，DOI:10.1126/science.ady2167）相联合，显著加强了SPIR对于病原卵白的免疫活性，并有用降低了其自激活程度，终极成立了完备的植物合成免疫受体“设计—构建—测试—进化”开发流程。进一步研究注解，差别SPIR之间具备高度辨认特异性及正交性，且可经由过程基因叠加计谋同时辨认多种病原卵白。更为主要的是，试验证明表达SPIR的转基因植物可以或许有用抵御响应病毒的侵染，展示了SPIR技能于作物抗病遗传改进中的运用潜力。

图：合成植物免疫受体（SPIR）的设计与验证

差别在传统抗病育种对于自然抗病基因的挖掘与使用，SPIR平台初次实现了植物免疫受体的定制化设计，付与植物辨认天然界全新病原靶标卵白的能力。依托该技能平台，可针对于各种特异性病原卵白，于数周内快速设计对于应的人工合成植物免疫受体，为高效应答新发、突病发害及病原物变异提供了全新技能路子。更为要害的是，这项事情提出的“可编程植物合成免疫”新理念，实现了植物免疫受体从“自然挖掘发明”向“人工精准设计”的范式改变，鞭策植物抗病育种从“使用天然”迈向“定向创制”的新阶段。正如审稿人所评价的，该事情是植物免疫工程范畴的一项庞大进展，为于作物中开发长期、广谱的抗病性奠基了坚实基础。将来，跟着人工智能、卵白质设计与植物体内定向进化等前沿技能的深度交融，植物合成免疫受体有望彻底实现按需设计与迭代优化，为作物抗病改进提供通用的全新解决方案。

遗传发育所高彩霞研究员为论文通信作者，博士后祝皓诚、博士后姜丹丹、硕士研究生张巧为论文配合第一作者。中国科学院微生物研究所邱金龙研究员、北京齐禾生科生物科技有限公司首席技能官赵天萌为研究提供了设置装备摆设性的引导及定见。北京齐禾生科生物科技有限公司高级科学家张康介入了课题研究。中国农业科学院植物掩护研究所周雪平研究员、南京农业年夜学陶小荣传授提供了主要试验质料。本研究获得国度天然科学基金、北京市村落振兴农业科技项目以和新基石科学基金会等项目的资助。

相干论文信息：

https://doi.org/10.1126/science.aee1792