【编者按】为贯彻国家创新驱动发展战略，充分展示学院在科技创新方面的进展，进一步提升学院科研团队产出重大科研成果的积极性，推动学院科技创新能力和整体水平进一步提升，学院自2021年起开展年度十大科研进展 “致远奖”评选活动，经各课题组自主申报和学院学术委员会集中评审，评出2021年度十大科研进展“致远奖”十项，为展示宣传获奖成果，发挥“致远奖”的示范作用，营造创新文化氛围，现将十大科研进展逐一介绍。

结构植物病理学团队解析了水稻抗病蛋白RGA5 HMA结构域识别病原菌效应蛋白的结构机制，设计出能够识别AvrPib的新免疫受体RGA5^HMA2。上述研究结果为制备多系品种提供重要的抗性资源，建立了作物分子设计抗病育种的新思路。已授权两项专利，在PNAS和Plant Journal发表论文三篇。

种植抗病品种是控制“基因对基因”病害的有效且经济、环保的手段。然而，田间广泛使用的主效抗病基因介导的抗病性，由于抗病基因对病菌群体存在的选择压力，易于丧失抗病的有效性。因此，迫切需要挖掘或者设计出系列抗病基因，从而可以利用多系品种或广谱抗病基因，以期获得抗病的持久性。水稻与稻瘟菌的互作属于基因对基因关系。抗病基因Pia（RGA5）编码的免疫受体蛋白，通过金属离子结合结构域（heavy metal-associated，HMA）识别病原菌的效应蛋白AVR1-CO39和AVR-Pia。这些效应蛋白属于稻瘟菌中一类序列同源性低、结构保守的效应蛋白Magnaporthe oryzae AVRs和ToxB-like (MAX)-effector。基于前期解析的HMA结构域识别效应蛋白的结构机制，可以设计改造这类HMA结构域能够识别不同MAX类效应蛋白的免疫受体。

该团队前期解析了效应蛋白AvrPib晶体结构，结构比较发现AvrPib属于保守的MAX类效应蛋白，表面存在一个由赖氨酸和精氨酸构成的正电区。由于RGA5-HMA羧基端柔性区域也存在一块明显的正电区，将RGA5-HMA的正电区改为由谷氨酸构成的负电区的突变体有可能增强二者的相互作用；同时基于明确的AVR1-CO39与RGA5-HMA互作界面，根据AvrPib与AVR1-CO39在可能结合界面的差异，设计HMA两个突变位点G1009D和S1027V，以提高其结合与AvrPib的结合力。酵母双杂交的结果显示上述只有整合了上述两类突变的突变体RGA5-HMA2才能有效结合AvrPib。pull-down和MST分析结果证明RGA5-HMA2可以结合AvrPib；烟草和水稻原生质体分析结果验证改造后的RGA5^HMA2在植物体内能够特异性识别对应的效应蛋白AvrPib进而激活RGA4引起的细胞坏死。进一步，RGA4/RGA5^HMA2转基因株系分别获得了对含有AvrPib的稻瘟菌菌株的抗病性。

刘俊峰教授团队在前期解析的HMA结构域识别效应蛋白的结构机制的基础上，提出了设计改造这类HMA结构域能够识别不同MAX类效应蛋白的免疫受体的新思路。该团队首次基于HMA结构域的结构特征设计出系列识别不同MAX类效应蛋白的水稻免疫受体，进而改变了免疫受体的识别范围，即从识别一个稻瘟病菌小种到识别原来不能识别的稻瘟病菌小种，为制备多系品种提供重要的抗性资源。上述研究结果将为识别多个乃至所有稻瘟菌的免疫受体以培育出具有广谱抗性的抗病基因的水稻品种提供重要的材料，使基于分子设计的作物持久抗病育种成为可能。

该项目成果已发表在PNAS上，博士研究生刘洋和博士后张鑫为论文的共同作者，刘俊峰教授和彭友良教授为论文的共同通讯作者，Vijai Bhadauria 教授和王冬立副教授参与了该项目，同时Duke大学何胜阳教授在实验设计中给予了指导，该项目受到了国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划的支持。刘俊峰教授研究团队长期以水稻与稻瘟病菌互作为研究体系，基于结构生物学手段主要开展植物与病原物相互作用结构机制的研究以指导植物抗病基因改良和绿色农药设计。团队成员主要包括王冬立副教授，张鑫博士后，15位研究生。近年来，该团队在植物免疫以及与病原物互作领域中取得了重要研究成果，并发表在PNAS，Nucleic Acids Research和Molecular Plant等期刊上。在此基础上，团队已设计出识别AVR-Pik的RGA5-HMA5，并成功获得抗含有AVR-PikD的稻瘟菌菌株的转基因株系。与此同时，团队开展了针对病原菌共有效应蛋白筛选和设计广谱抗病的新型水稻免疫受体的研究。关于绿色农药的设计，团队针对稻瘟病菌6-磷酸海藻糖合成酶和促分裂原活化蛋白激酶等潜在农药靶标，筛选得到4个具有活性的小分子化合物并获得其中一个小分子复合物晶体结构，正在开展以结构为基础设计和优化特异性化合物进而提高靶标和小分子的亲和力，为基于结构设计和开发环境友好的高效杀菌剂提供坚实的基础。

[责任编辑 麻佳鑫]