作物受到病原菌的侵染，会造成严重的产量损失。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，主要粮食作物中内源免疫肽的鉴定和机制仍知之甚少。小麦赤霉病是一种全球性的重大真菌病害，造成粮食大幅减产，并产生脱氧雪腐镰刀菌烯醇 (DON) 等真菌毒素，危害人畜健康。深入鉴定和解析调控赤霉病抗性的植物内源小肽及其作用机制，对于新型免疫诱导剂的研发和作物抗赤霉病遗传改良具有重要意义。
近日，南京农业大学植物保护学院稻麦真菌病害控制团队联合江苏省农业科学院等单位在The Plant Cell上发表了题为The metacaspase–Peps–PEPR immune module confers resistance to Fusarium head blight in wheat的研究论文，揭示了小麦内源激发肽（Peps）通过半胱氨酸蛋白酶介导的剪切加工成熟，分泌至胞外质外体空间，进而被免疫受体PEPR识别，激活下游免疫信号通路增强小麦对赤霉病抗性的分子机制，并探索了Peps作为新型免疫诱抗剂防控病害的应用潜力。
该研究通过田间外源喷施小麦激发肽，发现其TaPep-e/f/g三个成员可特异性增强小麦对赤霉病的抗性。分子机制研究表明，这些小肽可被植物激发肽受体TaPEPR1识别，从而激活MAPK磷酸化和胞质钙离子浓度升高等免疫信号通路，增强对赤霉病菌的防御能力。
进一步研究发现，在病原菌侵染过程中，小麦半胱氨酸蛋白酶TaMCA-IIa (metacaspase)可特异性剪切小肽前体TaPROPEPs，产生功能性成熟小肽TaPep-e/f/g，形成由“小肽前体”和“加工酶”构成的两层“免疫开关”。遗传学验证显示，过量表达小肽前体基因TaPROPEP7和TaPROPEP10或半胱氨酸酶TaMCA-IIa，均可通过钙离子介导的免疫通路适度激活防御反应，在增强抗病性的同时不影响作物生长和产量性状。
基于此，该研究提出了“Metacaspase–Peps–PEPR”免疫模块调控小麦抗赤霉病的新机制。小肽及其加工酶的协同作用系统作为“双稳态免疫开关”，不仅能精准调控抗病与生长之间的平衡，也为新型免疫诱导剂开发和抗病高产品种的创制提供了关键分子靶标和理论依据，对实现作物绿色安全生产具有应用价值。
南京农业大学植物保护学院在读博士研究生董一帆、已毕业硕士研究生安琪和江苏省农业科学院小麦遗传育种团队何漪研究员为论文的共同第一作者。南京农业大学植物保护学院稻麦真菌病害控制团队李刚教授为论文的通讯作者，团队负责人张正光教授、澳大利亚阿德莱德怀特研究所Xiujuan Yang研究员、默多克大学Ryan Whitford副教授、南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室杨东雷教授、青岛农业大学马武军教授等合作单位的研究人员参与了该研究工作。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金以及教育部中央高校基础研究经费等项目的支持。