植物-病原菌相互作用时激活植物分泌的内源小肽，可作为一种免疫诱导剂，是增强作物抗性的潜在育种靶点。然而，作物中内源免疫肽的鉴定和机制仍知之甚少。

近日，南京农业大学李刚教授团队在Plant Cell 发表题为“The metacaspase–Peps–PEPR immune module confers resistance to Fusarium head blight in wheat”的论文。研究揭示了小麦内源激发肽（Peps）通过激活下游免疫信号通路增强小麦对赤霉病（FHB）抗性的分子机制，并探索了Peps作为新型免疫诱抗剂防控病害的应用潜力。拜谱生物为该研究提供了多肽鉴定检测分析服务。

英文标题：The metacaspase–Peps–PEPR immune module confers resistance to Fusarium head blight in wheat（Plant Cell IF:11.6）

中文标题：Metacaspase–Peps–PEPR免疫模块赋予小麦对赤霉病的抗性

客户单位：南京农业大学

研究材料：小麦

拜谱提供技术：多肽鉴定

技术路线：

研究结果

一、小麦Pep肽的鉴定及对病原菌侵染的响应

小麦基因组分析鉴定出10个Pep肽前体蛋白基因（TaPROPEP1-10），分3组（I、II、III），组内序列同源性高，组间低（图1A）。单子叶植物成熟肽中均含有保守的“P-xx-P-xx-P”基序，而双子叶植物无此基序，提示Pep序列的物种特异性（图1B-C）。RT-qPCR表明赤霉病菌侵染小麦后，大部分TaPROPEP基因的表达量上调，表明小麦中TaPep与FHB的相互作用（图1D）。

图1 小麦Peps中保守残基的鉴定

二、III组保守TaPep的外源施用诱导小麦对FHB的抗性

验证7个预测的成熟TacPeps对赤霉病的抗性效果，只有III组的三个肽（TacPep-e,-f,-g）能够显著降低小麦赤霉病发病严重程度，增强了对FHB的抵抗力（图2A-F）。点突变实验表明特有的保守基序在介导FHB抗性中的关键功能（图2G-I）。

图2 TacPeps的外源性应用增加对FHB的抗性

三、III组TacPeps激活免疫信号和钙信号

研究发现，III组TacPeps能激活小麦防御基因表达（图3A-B），通过活体钙离子成像发现能引发小麦细胞内钙离子浓度升高（图3C）。在TaPEPR1突变体中，外源施加的TacPep完全失去了诱导抗病性的能力，其下游的免疫反应也被阻断（图3D-I）。

图3 TacPeps通过受体TaPEPR1触发植物免疫反应和钙信号

四、III组TaPep前体在小麦中过表达增强FHB抗性

为了验证内源性TaPeps在FHB反应中的作用，过表达III组前体后发现，感染FHB严重程度降低，健康籽粒较多，病害侵染籽粒较少（图4A-E），III组TaPROPEP在多种小麦组织中对禾谷镰刀菌的抗性中发挥作用（图4E-F）。进一步发现小麦中TaPROPEP7和TaPROPEP10过表达增强了对禾谷镰刀菌的免疫效率，这种反应需要钙信号传导，从而赋予FHB抗性（图4F-K）。

图4 小麦中III类TaPROPEPs的过表达可增强对FHB的抗性

五、TaMCA-IIa在植物中裂解TaPROPEPS

结合免疫应迹及多肽鉴定质谱分析，在体内成功捕获了天然成熟的TaPep-e和TaPep-g肽段（图5A-C）。序列分析揭示，在所有III组TaPROPEP前体的切割位点上游，都有一个保守的精氨酸（R）残基（图5D）。此外，天然成熟的TaPeps与预测的保守成熟序列TacPeps的功能保持一致（图5E-G），TaMCA-IIa能够高效地切割TaPROPEP产生具有活性的成熟TaPep（图5H-I）。证明TaMCA-IIa是负责TaPep肽成熟的关键蛋白酶。

图5 TaMCA-IIa 在植物中裂解 TaPROPEPS

六、过表达TaMCA-IIa对小麦赤霉病抗性的影响

在小麦中过量表达TaMCA-IIa或III组的TaPROPEP基因，均能显著提高植株对赤霉病的抗性，这些经过基因改造的抗病小麦，其株高、分蘖、产量等主要农艺性状与野生型相比并无不良影响，不存在“抗病却减产”的生长代价（图6K-S）。

图6 TaMCA-IIa对小麦抗性及生长影响

文章小结

在这项研究中，鉴定了一个小麦Peps肽家族，并揭示了3个成员作为小麦FHB抗病性的免疫诱导剂和遗传靶点。外源TaPep施用在温室和田间条件下均显著增强了FHB抗性，这为利用植物肽生物制剂作为农作物保护的免疫诱导剂提供了见解。

拜谱小结

本研究提出了一个解析植物内源肽免疫信号通路调控小麦抗赤霉病的新机制。拜谱生物为该研究提供了多肽鉴定检测技术。拜谱生物作为一家国内领先的多组学服务公司，可提供完善成熟的转录组学、蛋白组学、修饰组学、代谢组学以及多组学联合产品技术服务体系，助力发表高分文献，欢迎致电咨询！

参考文献：

Dong Y, An Q, He Y, et al. The metacaspase-Peps-PEPR immune module confers resistance to Fusarium head blight in wheat. Plant Cell. 2025;37(8):koaf177. doi:10.1093/plcell/koaf177