《Plant Physiology and Biochemistry》：The genetic fusion of thaumatin-like proteins with antimicrobial peptides or receptor-like kinases at different evolutionary time points contributes to plant resistance against
Sclerotinia disease
编辑推荐：
本研究针对作物抗核盘菌病(SD)基因资源有限的瓶颈，揭示了植物通过基因融合创新抗病机制。研究人员发现油菜中类甜蛋白(TLP)可自然融合富脯氨酸抗菌肽(PRP)或受体样激酶(RLK)，进化分析表明TLP-PRP为古老融合事件而TLP-RLK在十字花科中多次独立发生。全基因组关联分析(GWAS)筛选到BnTLP-RLK1、BnTLP-PRP1/2等关键基因，转基因验证表明其显著增强拟南芥对SD的抗性，且TLP与PRP结构域均独立贡献抗性。该研究为作物抗病育种提供了新型基因资源与理论支撑。
在自然界漫长的军备竞赛中，植物与病原微生物的攻防战从未停歇。由死体营养型真菌核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)引起的菌核病(SD)是油菜、大豆、花生等经济作物的毁灭性病害，常导致茎秆腐烂、产量锐减。植物对该病的抗性呈数量遗传特征，单个抗病基因效应有限，亟需挖掘新型抗病基因资源。值得注意的是，基因融合——两个独立基因编码区的并置——虽在植物代谢途径中有所报道，但其在植物抗病中的作用仍待深入揭示。
发表于《Plant Physiology and Biochemistry》的研究论文《The genetic fusion of thaumatin-like proteins with antimicrobial peptides or receptor-like kinases at different evolutionary time points contributes to plant resistance against Sclerotinia disease》开辟了新视角。研究团队在油菜基因组中发现了类甜蛋白(TLP)与富脯氨酸抗菌肽(PRP)或受体样激酶(RLK)的自然融合现象。为追溯其进化起源与功能，研究人员开展了系统的比较基因组学、全基因组关联分析(GWAS)与转基因功能验证。
研究采用的关键技术方法包括：基于隐马尔可夫模型(HMM)的油菜TLP家族全基因组鉴定与进化分析；利用14种双子叶植物基因组进行共线性比较以追溯融合事件起源；对304份油菜自然群体进行SD抗性表型鉴定并结合2,627,270个高质量SNP进行GWAS分析；通过农杆菌介导的拟南芥遗传转化体系构建过表达及RNA干扰株系，并采用离体抑菌试验与活体接种实验验证基因功能。
3.1. 油菜TLP家族融合基因的鉴定与特征
研究人员在油菜基因组中鉴定出70个TLP成员，其中12个为 atypical（非典型）大分子量蛋白。序列分析揭示4个成员C端融合PRP结构域(BnTLP-PRP1-4)，8个成员C端融合跨膜区与激酶结构域(BnTLP-RLK1-8)。系统进化分析将BnTLP-PRPs归为第IV组，与拟南芥AT5G24620同源；BnTLP-RLKs分布于第I组的不同亚支。基因复制事件分析表明，6对TLP融合基因为亚基因组间直系同源基因，其非同义替换率与同义替换率之比(Ka/Ks)均小于1，提示纯化选择作用。表达谱显示BnTLP-PRPs在多个组织高表达，而BnTLP-RLKs表达水平普遍较低。
3.2. TLP融合基因的起源与进化机制
跨物种共线性分析表明，TLP-PRP融合事件约在4000万年前发生于白花菜科植物分化之前，并在十字花科与夹竹桃科中保守存在。与之对比，TLP-RLK融合在十字花科内多次独立发生：BnTLP-RLK1/3/4在阿拉伯芥分化后出现；BnTLP-RLK2/5/6则通过基因组易位新形成，其中BnTLP-RLK5的激酶结构域由其旁系同源基因BnaA07G14380通过非等位同源重组(NAHR)机制插入，该事件发生于油菜与白菜分化之后（约400万年内），其断裂点侧翼存在339 bp靶位点重复(TSD)及超过200 bp同源序列。PCR验证证实该激酶结构域在油菜品种中广泛存在，而在7个白菜品种中均缺失。
3.3. TLP融合基因调控SD抗性的功能验证
GWAS分析在304份油菜群体中鉴定到596个与SD抗性显著相关的SNP，其中BnTLP-RLK1、BnTLP-PRP1和BnTLP-PRP2位于显著关联信号区域内。功能验证表明，过表达这三个基因的拟南芥株系均表现出显著减小的病斑面积。离体抑菌试验显示，过表达BnTLP-PRP1植株的粗提蛋白可导致核盘菌菌丝粘连、顶端缠结，菌落直径显著小于野生型对照。互补实验证实BnTLP-PRP1可回补atlp-prp突变体的感病表型；而AtTLP-RLK1的RNA干扰株系则表现出更强的感病性。
为解析融合基因中各结构域的功能贡献，研究人员构建了截短体转基因株系。过表达单独TLP结构域(OEBnTLP-ΔPRP2)或PRP结构域(OEBnΔTLP-PRP2)的拟南芥均表现出增强的SD抗性，且抗性水平与表达量正相关。同样，过表达BnTLP-RLK1的TLP结构域(OEBnTLP-ΔRLK1)也能提高抗病性。信号通路分析显示，过表达株系在接种早期可诱导茉莉酸/乙烯(JA/ET)通路标记基因PDF1.2与活性氧(ROS)生成关键基因RbohB的表达上调，提示TLP-PRP/RLK介导的抗性可能通过激活JA/ET与ROS信号通路实现。
该研究首次系统揭示了TLP与PRP/RLK结构域的自然融合事件在植物抗病进化中的重要意义。古老融合基因TLP-PRP与多次独立起源的TLP-RLK共同构成了植物抵御核盘菌入侵的重要免疫组件。研究不仅从进化角度阐释了融合基因的形成机制（如NAHR），还通过功能基因组学手段证实了其抗病效能，为理解植物免疫系统的创新机制提供了新范式。更重要的是，该发现为作物抗病育种提供了新策略：利用天然融合基因或人工构建嵌合基因，有望实现多结构域协同抗病，突破单一基因抗性不足的瓶颈，为培育广谱、持久抗病作物品种开辟了新途径。
