综述：植物科学与作物育种中的靶向蛋白质降解及蛋白质凝聚体降解技术

（编辑推荐）本综述系统阐释了靶向蛋白质降解（TPD）技术通过泛素-蛋白酶体系统（UPS）、自噬等通路精准调控植物蛋白功能的机制，重点介绍基因编码嵌合蛋白降解剂（GE-CPDs）在作物改良中的五大应用方向（SCOCS框架），为突破传统基因编辑技术局限提供全新解决方案。

　　

靶向蛋白质降解技术的植物科学革命

靶向蛋白质降解（TPD）技术通过劫持细胞固有的降解机器——包括泛素-蛋白酶体系统（UPS）、自噬和内吞作用等通路，实现了对特定蛋白质、蛋白质凝聚体甚至细胞器的精准清除。这种诱导邻近（induced proximity）机制在医学领域已催生PROTAC等突破性疗法，但在植物科学中的应用长期滞后。究其原因，RNA干扰（RNAi）和CRISPR技术的先后主导，以及化学降解剂在植物体系的高复杂度实施成本，共同延缓了TPD技术在植物领域的渗透。

基因编码嵌合蛋白降解剂的崛起

最新开发的基因编码嵌合蛋白降解剂（GE-CPDs）正在改变这一局面。这类转基因系统通过融合靶蛋白结合域与降解机器招募元件（如E3泛素连接酶或自噬受体），实现了对植物内源蛋白的可调式清除。相较于传统方法，GE-CPDs具备三大独特优势：

1. 时空精确性：可配合组织特异性启动子或化学诱导系统实现条件性降解
2. 多靶点协同：通过设计多价降解器同步调控蛋白质复合物或凝聚体
3. 无痕操作：不遗留外源DNA序列，规避转基因作物的监管壁垒

SCOCS框架：五大战略机遇

综述创新性提出SCOCS应用框架，系统勾勒TPD技术在植物研究的突破方向：

选择性靶向（Selective-Targeting）

通过理性设计降解剂结合域，可特异性清除致病蛋白（如真菌效应蛋白）或代谢限速酶，为抗病育种和代谢工程提供新工具。案例显示，针对水稻白叶枯病相关转录因子的降解使抗病性提升3倍。

共靶向（Co-Targeting）

利用双特异性降解剂同步清除蛋白质互作对，有效瓦解病原体侵染必需的宿主-病原体蛋白网络。在拟南芥中，同时降解植物免疫负调控因子和病原体毒力蛋白可产生协同防御效应。

细胞器靶向（Organelle-Targeting）

拓展降解目标至叶绿体、线粒体等半自主细胞器，通过清除错误折叠的类囊体膜蛋白或氧化损伤的线粒体蛋白，显著提升胁迫耐受性。实验证实，定向清除衰老叶片中叶绿体蛋白可使光合效率延长15天。

条件性调控（Conditional-Targeting）

整合光敏、温度敏感或化学诱导元件，实现降解活性的环境响应型控制。在玉米中构建的蓝光激活降解系统，成功实现了花药发育关键蛋白的时空特异性敲除。

合成工程（Synthetic-Engineering）

将TPD模块植入合成基因线路，构建蛋白质稳态调控的负反馈环路。最新研究通过耦合降解器与代谢物感应器，动态平衡生物合成通路的流量分配，使紫杉醇前体产量提升8倍。

挑战与展望

尽管GE-CPDs展现出巨大潜力，其应用仍面临植物特异性的E3连接酶资源匮乏、递送效率限制等瓶颈。随着植物蛋白质组注释的完善和新型纳米载体技术的发展，TPD技术有望成为继CRISPR之后作物遗传改良的下一代核心技术平台。特别在应对气候变化引发的非生物胁迫方面，通过降解胁迫响应蛋白的负调控因子，或将成为突破作物产量天花板的关键策略。