NLR（Nucleotide-binding leucine-rich repeat receptor）基因是植物免疫系统的核心组成部分，编码能够识别并抵御病原体入侵的受体蛋白。这些基因在植物与病原体的长期演化过程中不断发生复制和丢失，导致其演化轨迹难以捉摸。例如，单子叶植物中TNL基因的消失一直是NLR研究中的未解之谜。

近日，园艺学院马锋旺/赵涛课题组在Molecular Biology and Evolution在线发表题为Deciphering Plant NLR Genomic Evolution: Synteny-Informed Classification Unveils Insights into TNL Gene Loss的研究论文，揭示了被子植物中NLR基因的起源与演化之谜。园艺学院在读博士生郭博铖为论文第一作者，赵涛教授、马锋旺教授和孙亚强副教授为论文通讯作者。

基于该课题组前期构建的124个被子植物基因组的微共线性网络（Zhao et al.,2021,Nat Commun），该研究聚焦了NLR基因家族的演化历程，通过整合微共线性信息和系统发育分析，提出了一个新的NLR基因分类框架。研究团队分析了来自124种被子植物的33,007个NLR基因，将其重新划分为五个亚类：CNL_A、CNL_B、CNL_C、TNL和RNL。这一新的分类方法不仅基于传统的序列相似性，还引入了微共线性分析，从而更精准地揭示了NLR基因家族的演化路径。

研究中，关于单子叶植物中TNL基因的消失是一个关键的发现。TNL基因在双子叶植物中广泛存在，但在单子叶植物中却几乎完全缺失，这一现象长期困扰着植物免疫领域的研究者。研究团队通过微共线性分析发现，单子叶植物中的CNL基因与双子叶植物中的TNL基因存在显著的共线性关系，表明它们可能源自共同的祖先基因位点。研究团队还发现在TNL串联复制过程中出现了TIR结构的丢失。基于以上证据，研究团队推测，在被子植物的早期演化过程中，这些NLR祖先基因位点经历了多次串联复制和重组事件，不同CNL亚类间的重组使得该位点的TNL逐渐丢失，最终导致了单子叶植物中TNL完全缺失。

此外，研究团队还提出了“功能单元可塑性”假说，认为在植物演化早期，NLR基因及其信号通路组分可能紧密排列在同一染色体片段上。随着时间推移，这些基因经历了多次全基因组复制和重组事件，导致TNL基因逐渐丢失其TIR结构域，进而失去了与NRG1和SAG101等辅助基因的协同作用。这一假说为理解TNL基因在单子叶植物中的消失提供了新的视角。

该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和中央高校基本科研业务费的支持。同时该研究也得到了西北农林科技大学高性能计算平台的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msaf015