近日智海剑教授团队在国际植物领域著名杂志Molecular Plant上在线发表了“A cell wall-localized NLR confers resistance to Soybean mosaic virus by recognizing viral-encoded cylindrical inclusion protein”。该论文从大豆品种大白麻中图位克隆了一个编码NLR（Nucleotide binding, leucine-rich repeat receptor）蛋白的抗大豆花叶病毒（Soybean Mosaic Virus, SMV）基因Rsc4-3。与以往发现的细胞内行使抗病功能的NLR蛋白不同，该抗病NLR蛋白Rsc4-3在植物细胞壁上与大豆花叶病毒无毒因子CI特异识别并介导对SMV的抗性。
大豆是我国重要的粮食和油料兼用作物，起源于我国，并已有几千年的种植历史。SMV是严重危害大豆生产的全国性病害，克隆抗SMV基因并阐明其抗性机制对SMV防控尤为重要。
为获得抗SMV基因，该团队前期发现抗病品种大白麻14号染色体上有一个显性抗SMV位点，并完成精细定位。本论文在此基础上，通过瞬时表达和Crispr/Cas9介导的基因敲除等方法证明了精细定位区间内只有Rsc4-3介导大白麻对SC4、SC7等多个SMV株系的抗性，但不能介导对SC15株系的抗性（图1）。Rsc4-3编码CC-NB-LRR结构的NLR类抗病蛋白，通过叶片酶解、质壁分离等亚细胞定位实验发现该蛋白只存在于细胞壁上，这与已往报道的NLR蛋白胞内定位结果的明显不同，研究还发现Rsc4-3的N端存在可能的棕榈酰化位点且该位点对抗病反应至关重要。
该研究通过不同株系的SMV基因组片段重组实验和单病毒基因诱发Rsc4-3介导的免疫反应实验，发现Rsc4-3识别的无毒基因是SMV编码的CI蛋白（图2）；虽然CI蛋白在细胞内外都有分布，但Rsc4-3只在胞外通过直接互作识别分布在胞外的CI蛋白引发抗病反应。通过进一步氨基酸点突变，发现了CI第572个氨基酸的变异决定SMV的毒性，CI的572位酪氨酸（Y）突变为组氨酸（H）或谷氨酰胺（Q）会导致Rsc4-3的抗性丧失。SC15株系的毒性CI可以抑制SC4株系的无毒CI所诱发的Rsc4-3介导的抗病反应，田间无毒和有毒株系混合侵染时，有毒株系表现上位性，这也给大豆抗SMV育种带来挑战。该研究揭示了大豆与大豆花叶病毒攻防机制（图3），为大豆SMV防控奠定了基础。
南京农业大学农学院国家大豆改良中心和作物遗传和种质创新国家重点实验室为该论文第一完成单位，南京农业大学智海剑教授和南京师范大学许凯教授为共同通讯作者，南京农业大学博士研究生殷金龙、博士后王立群为共同第一作者，晋彤彤、聂阳、刘慧、李凯等也参加了相关研究。研究获得国家自然科学基金、国家大豆产业技术体系、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金、江苏省现代作物生产协同创新中心和江苏省自然科学基金的资助。
论文链接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(21)00279-3
智海剑教授带领的团队长期从事大豆抗花叶病毒方面的研究，建立了我国统一的大豆花叶病毒株系划分体系，制定了品种抗性鉴定国家行业标准，承担了全国大豆品种区域试验参试品种的抗性鉴定，累计鉴定品种近1万个，为控制大豆花叶病毒危害发挥重要作用；在抗性基因克隆及抗性机制研究方面有多篇论文在Plant Physiology、Molecular Plant Pathology、Theoretical and Applied Genetics等期刊上发表；2个转基因抗病品种获得苏皖两省的环境释放许可，抗性基因聚合的3份兼抗种质获得品种权，选育的16个抗病大豆品种在我国南方大面积推广应用。相关研究先后获得教育部科技进步一等奖，农业部神农中华农业科技奖一等奖，大北农科技成果一等奖等多项奖励。