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串联激酶（Tandem kinase proteins，TKPs）是近年来在小麦和大麦中发现的一类新型抗病蛋白，由两个或多个激酶结构域串联而成，对条锈、叶锈、秆锈、白粉、麦瘟和黑粉等多种重大病害发挥抗性作用，具有重要的育种价值。中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇团队前期从中国小麦地方品种和野生二粒小麦中克隆到编码新型串联激酶的广谱抗白粉病基因Pm24（Nature Communications，2020）和Pm36（Nature Communications，2024），分别编码相似的串联激酶WTK3和WTK7-TM。然而关于串联激酶这类新型抗病蛋白存在许多悬而未决的科学问题。串联激酶本身并没有典型的受体结构域，它是如何识别病原菌效应因子的？串联激酶的不同激酶结构域在作物免疫反应中分别扮演什么样的角色？经典免疫受体NLR蛋白是否参与串联激酶介导的免疫激活？

2025年3月28日，中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇团队和陈宇航团队联合南京师范大学韩管助团队、崖州湾国家实验室周俭民团队和湘湖实验室李洪杰团队在Science发表题为“A wheat tandem kinase and NLR pair confers resistance to multiple fungal pathogens”的研究论文，揭示了串联激酶抵御病原菌入侵的全新免疫机制：一个非典型的NLR蛋白WTN1（Wheat Tandem NBD 1）与串联激酶WTK3协同识别病原菌的效应蛋白激发免疫反应，表现对多种小麦真菌病害的抗性。

团队利用携带Pm24基因的小麦品系，筛选EMS诱变感病突变体，鉴定到一个与WTK3共同执行免疫功能的关键因子WTN1。WTN1是与WTK3相邻紧密连锁的非典型NLR蛋白。遗传学分析结果表明，WTN1对WTK3介导的抗白粉病免疫不可或缺。WTK3-WTN1通过感受器-编码器（sensor-executor）的协同作用模式激活免疫反应。令人惊喜的是WTK3不仅抗小麦白粉病，并且能够识别麦瘟病菌效应因子PWT4并触发免疫反应，具有潜在的抗麦瘟病能力。研究团队通过植物免疫学、生化实验、电生理实验和进化分析等多种方法，发现WTK3-WTN1在小麦基因组中共进化，WTK3的假激酶片段（PKF）结构域负责识别麦瘟菌的效应因子PWT4，WTK3的第二个激酶（Kin II）结构域负责与WTN1互作；在植物细胞和蛙卵中，识别病原菌效应因子后激活的WTK3-WTN1复合物发生高聚化，形成离子通道促进钙（Ca2+）离子内流，从而激活超敏反应和细胞程序化死亡。值得注意的是，前期研究表明Pm24基因为我国小麦地方品种所特有的基因资源，对小麦白粉病具有广谱抗病性同时兼抗麦瘟病，在小麦抗病育种中具有重大应用价值。该项工作突破了领域内对串联激酶作用机制的认识，发现了串联激酶与传统NLR协同抗病新范式，填补了植物免疫调控途径的空白，为作物广谱多抗品种精准设计奠定了理论和应用基础。

中国科学院遗传与发育生物学研究所副研究员陆平、中国科学院遗传与发育生物学研究所博士生张高华、北京农学院李晶博士及南京师范大学宫震博士为论文的共同第一作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇研究员、陈宇航研究员、南京师范大学韩管助教授、中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室周俭民研究员、湘湖实验室李洪杰研究员及中国科学院遗传与发育生物学研究所副研究员陆平为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划（2021YFA1300700，第一标注）、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。