番茄褐色皱果病毒(ToBRFV)近年来在全球范围内快速传播，对番茄产业构成严重威胁。该病毒侵染可导致番茄叶片斑驳、畸形以及果实出现褐色皱缩症状，显著降低产量和品质。该病毒传播途径多样，包括机械接触、受污染种子及昆虫活动等。截至目前，该病毒已在包括中国在内的至少37个国家被发现。然而，栽培番茄中尚未发现对ToBRFV具有有效抗性的种质资源。

7月17日，清华大学生命科学学院刘玉乐课题组在《中国科学：生命科学》（SCIENCE CHINA Life Sciences）期刊发表题为“Engineering Resistance Genes against Tomato Brown Rugose Fruit Virus（创制抗番茄褐色皱果病毒的抗病基因）”的研究论文。该研究通过对抗病基因Tm-22进行人工进化，获得了同时抗烟草花叶病毒（TMV）和新兴ToBRFV及其逃逸突变株的功能获得突变体，为番茄育种提供了重要的广谱抗性基因资源。

在栽培番茄中，Tm-1,Tm-2与Tm-22是三种已知可赋予对烟草花叶病毒属病毒抗性的抗病基因。其中Tm-22编码的NLR抗病蛋白可识别病毒运动蛋白（MP）进而激活植物免疫，其提供的抗性已保护番茄种植长达60年。然而， ToBRFV通过其MP的适应性突变，逃避了包括Tm-22在内的所有番茄抗性基因识别，导致现有抗性体系全面失效。

为应对这一挑战，研究团队采用人工进化策略，聚焦于Tm-22蛋白中负责识别病毒MP的LRR结构域，引入随机突变，构建了庞大的突变体库。通过在本生烟上进行大规模筛选，鉴定出5个能够特异性识别ToBRFV MP并引发抗病反应的Tm-22功能获得性突变体。其中Tm-22-S723Y和Tm-22-N744D表现尤为突出。这两个突变体在获得识别ToBRFV MP能力的同时，仍保留对TMV MP的识别能力（图1）。

图1Tm-22-S723Y/ Tm-22-N744D与病毒MP共表达诱发抗病反应

研究团队进一步将Tm-2²-S723Y基因导入番茄，获得了转基因植株。结果证明该突变体可有效抵抗ToBRFV野生型毒株（ToBRFVE132）。然而，在长期侵染压力下，ToBRFV MP发生了E132K突变，进化出可逃避识别的变异毒株（ToBRFVK132），导致转基因植株抗性被突破。幸运的是， Tm-2²-N744D能够有效识别ToBRFVK132MP，弥补了单一突变体的缺陷。。

为了克服病毒逃逸问题，研究团队将两个关键突变位点叠加，构建出双突变体Tm-22-S723Y/N744D。该突变体在转基因番茄中表现出卓越的广谱抗性：它能同时抗ToBRFVE132、ToBRFVK132以及TMV三种病毒，即使在同一植株的不同叶片上同时接种这三种病毒后，植物仍保持健康，检测不到病毒侵染，也无病毒症状（图2）。

该研究通过人工进化“失效”的抗病基因，成功恢复了其对新兴病毒ToBRFV的抗性，并通过叠加关键突变，有效解决了病毒快速进化导致的抗性丧失问题，最终获得了具有广谱抗性的抗病新基因。该成果为抗ToBRFV番茄新品种的培育提供了关键基因资源，结合基因组编辑等技术，有望加速商业化抗病番茄种质的创制，助力全球番茄产业的可持续发展。

图2 Tm-22-S723Y/N744D转基因番茄抗ToBRFV和TMV

清华大学生命科学学院刘玉乐教授为论文的通讯作者，王君竹博士为论文的第一作者。河北农业大学洪益国教授、中国农业科学院植物保护研究所周雪平研究员和杨秀玲研究员、山东农业大学李传友教授和北京市农林科学院李常保研究员等多位老师和同学对该研究作出了重要贡献。该研究工作得到了清华-北大生命科学联合中心、国家自然科学基金以及国家重点研发计划等项目的支持。