植物不能像动物一样主动逃离病原体，因此需要依靠精密的细胞信号网络及时感知危险并启动防御。植物细胞因子是一类由植物自身产生的内源小肽，可被细胞膜表面的受体激酶识别，进而诱导活性氧爆发、蛋白激酶磷酸化和防御基因表达等免疫反应。已知的大多数植物小肽由专门的小型前体蛋白加工而来，但也有一部分“隐蔽”在大型功能蛋白内部，其来源、受体及演化机制仍不清楚。
2026年8月17日，中国科学院遗传与发育生物学研究所李磊研究团队在Nature Plants发表题为Diverse phytocytokines derived from conserved subtilase scaffolds co-evolved with clustered receptors to confer defence responses in legumes的研究论文。该研究发现，一类来源于保守枯草杆菌蛋白酶样前体的植物细胞因子SubPEP，能够与成簇分布的受体GSPR形成多样化配对，在大豆叶片和根部激活不同的免疫反应，并在豆科植物演化过程中发生协同扩张与功能分化。
研究团队首先在大豆中鉴定出一组来源相近但序列高度多样的GmSubPEP变体。功能分析显示，不同GmSubPEP具有明显的组织偏好：GmSubPEP3和GmSubPEP4主要在叶片中诱导免疫反应，并减轻由立枯丝核菌引起的病斑；GmSubPEP1和GmSubPEP2则在根部表现出更强的活性，其中多种小肽能够增强大豆对土传病原大豆疫霉的抵抗力。这表明，同一类前体蛋白可以产生具有不同“任务分工”的免疫信号，使叶片和根部根据各自面临的病原压力实施更精细的防御。
转录组和磷酸化蛋白质组分析进一步表明，不同GmSubPEP既能激活共享的基础免疫通路，也会选择性调控各自特有的信号分支。研究人员随后鉴定了GmSubPEP的细胞膜受体，并将其命名为GmSubPEP受体（GSPR）。其中，GSPR1识别GmSubPEP1和GmSubPEP2，GSPR2和GSPR3分别介导GmSubPEP3和GmSubPEP4的免疫活性。受体基因编辑、配体—受体结合及嵌合受体实验共同验证了这些配对关系。不同GSPR在叶片和根部的表达差异，与相应小肽的组织特异性活性相吻合，从而解释了植物如何借助“不同组织配置不同锁具”的方式，实现免疫信号的空间分工。
值得注意的是，编码GmSubPEP前体和GSPR受体的基因并非随机散布，而是在大豆染色体上彼此相邻、交错排列，形成小肽—受体基因簇。团队进一步在苜蓿、鹰嘴豆等豆科植物中发现了相似的成簇模块，并验证了多个跨物种小肽—受体配对。系统发育和基因组共线性分析表明，这些模块可能通过串联复制共同扩张，再在不同物种和组织中逐步分化，由此形成既保留共同框架、又具有专一识别能力的免疫系统。
该研究揭示了保守的大型蛋白前体如何演化出序列多样、功能专一的植物细胞因子，并阐明了配体与受体在局部基因组区域协同演化的新模式。相关发现不仅拓展了对植物内源免疫信号来源及组织特异性调控的认识，也为利用基因邻近关系发掘新的小肽—受体模块提供了线索。未来，这些天然免疫模块有望用于抗病育种、植物免疫诱导剂开发和免疫受体工程，为作物绿色病害防控提供新的分子资源。
遗传发育所种子创新全国重点实验室博士生高艺文为论文第一作者，李磊研究员为通讯作者。刘竟、于丽萍、刘行琴、莫伟平、杨家祥、周壮志等参与了该研究，黄夏禾和王迎春研究员提供了重要的质谱数据实验分析。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和北京市自然科学基金的资助。
SubPEP–GSPR模块在不同组织中介导免疫，并在豆科植物中扩展与分化
