植物类病斑突变体是指在未遭受外界逆境胁迫、机械损伤或病原菌侵染的条件下，植物叶片、叶鞘等部位自发形成的类似坏死病斑的突变体。此类突变体在多种植物中均有报道，其形成通?；岫灾参锏纳し⒂灾跋欤⑶矣胫参锏目共⌒悦芮邢喙?。因此，类病斑突变体已成为研究植物抗病性、程序性细胞死亡以及光合作用通路等机制的理想材料。
2025年7月17日，中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室凌宏清研究员团队在国际知名期刊Plant Biotechnology Journal上在线发表了题为A semi-dominant NLR allele regulates growth and disease resistance in wheat的研究论文。该研究以小麦自发性叶片坏死突变体（necrosis leaf, necl）为研究对象，通过图位克隆、转录组测序、突变体分析及转基因验证等技术手段，以小麦品种SY Mattis基因组为参考，克隆了突变基因TaCNL。该研究系统解析了小麦免疫受体TaCNL通过关键氨基酸变异影响抗病与生长的分子机制，为人工改造抗病蛋白提供了重要线索，同时也为作物抗病育种提供了新的理论依据。
研究发现，TaCNL编码一个典型的核苷酸结合的富含亮氨酸重复序列（NLR）免疫受体。该受体中单个氨基酸的替换（Lys421Glu）可引发NLR蛋白的免疫自激活，导致苯丙氨酸（PAL）分解代谢途径和水杨酸（SA）途径相关基因上调表达，激活免疫反应，促进水杨酸和过氧化氢的积累，显著增强突变体necl对白粉病的抗性。然而，过量活性氧的积累又对叶绿体产生毒害作用，导致叶片出现类似超敏坏死的现象。此外，氨基酸定点突变研究结果显示只有当TaCNL的第421位氨基酸替换为酸性氨基酸时，才能诱发免疫自激活。这一发现为深入理解NLR免疫受体的功能调控机制提供了新的视角。
中国科学院遗传发育所/崖州湾国家实验室凌宏清研究员，中国科学院遗传发育所郑树松副研究员以及博士后司要奇为论文的共同通讯作者。中国科学院遗传发育所已毕业博士生田水泉、都婷婷，以及崖州湾国家实验室青年科学家牛建青为论文共同第一作者。中国科学院遗传发育所沈前华研究员为本研究提供了大量帮助与建议。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项研究项目、国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金重大基础研究项目、中国博士后科学基金项目等资助。
图：TaCNLnecl调控生长及增强小麦白粉菌抗性的潜在机制
来源：中国科学院遗传与发育生物学研究所
