Ранее неизвестный пептид объясняет, как томаты регулируют свою защиту

Исследователи из Университета Тюбингена и Университета Хоэнхайма обнаружили, что томаты обладают ранее неизвестным природным антагонистом сигнального пептида Systemin, который назвали antiSys. AntiSys предотвращает гиперактивацию системы защиты, которая в противном случае мешала бы росту и размножению растения.

Это открытие расширяет понимание иммунитета растений и показывает, что для баланса между ростом и защитой важны не только защитные сигналы, но и их природные антагонисты. Результаты опубликованы в журнале Cell.

AntiSys блокирует рецептор Systemin

• Роль Systemin: У паслёновых растений (томаты, картофель) сигнальная молекула Systemin играет центральную роль в защите от вредителей. При повреждении насекомыми она активирует через рецептор SYR1 клеточные защитные реакции.
• Функция antiSys: Пептид antiSys структурно похож на Systemin, но действует как ингибитор рецептора SYR1. Он связывается с рецептором, не активируя его, и в здоровом растении удерживает иммунную систему неактивной.
• Механизм активации: При атаке насекомых Systemin высвобождается в больших количествах и конкурентно вытесняет antiSys из рецептора SYR1, что приводит к запуску иммунного ответа.

AntiSys контролирует иммунные реакции

Важность antiSys продемонстрировали мутантные растения, созданные с помощью технологии CRISPR/Cas9 и не способные производить этот пептид:

• У них наблюдался значительно сниженный рост, меньше плодов и иногда серьёзные деформации.
• Эти эффекты — результат неконтролируемой активации иммунной системы. Без антагониста antiSys даже малейшего количества Systemin достаточно для активации рецептора.
• Если у таких растений дополнительно удалить рецептор SYR1, они остаются здоровыми даже без antiSys.

У томатов несколько активирующих Systemins — и antiSys

Исследователи обнаружили, что в геноме томата, помимо гена Systemin, существует целый кластер генов, кодирующих четыре структурно схожих пептида:

• Три из них по активности похожи на Systemin — они также запускают иммунный ответ.
• Только antiSys обладает противоположной функцией — подавляет иммунные реакции.
• AntiSys также был обнаружен у родственных паслёновых культур: баклажана, картофеля и перца, что указывает на его важную эволюционно консервативную функцию.

Параллели с иммунной системой человека

Учёные видят поразительные параллели с человеческим иммунитетом, где специальные антагонисты ослабляют действие активирующих цитокинов, чтобы держать воспалительные реакции в балансе. Отсутствие антагониста нарушает баланс, что приводит к аутоиммунным заболеваниям.

В томатах antiSys выполняет эту задачу, поддерживая баланс между защитой и здоровым ростом. Без antiSys рост и развитие нарушаются, подобно хронической воспалительной реакции: рецептор активируется «случайно», вызывая иммунный ответ даже при отсутствии атаки насекомых.

Открытие ставит вопрос о существовании подобных антагонистов у других видов растений и возможности их целенаправленного использования для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур без ущерба для роста.