Учёные открыли пептид-антагонист, который защищает томаты от перерасхода сил на иммунитет

Томаты используют сложную систему активирующих и ингибирующих сигналов, чтобы отличать безвредные повреждения от угрозы, исходящей от насекомых-вредителей, сообщают исследователи из Университета Хоэнхайма и Тюбингенского университета. Автор: University of Hohenheim / Max Kovalenko

Томаты обладают сложной системой защиты от травоядных: сигнальный пептид Системин запускает каскад защитных реакций растения.

Исследовательская группа из Тюбингенского университета и Университета Хоэнхайма в Штутгарте обнаружила, что у томатов есть ранее неизвестный природный антагонист Системина под названием антиСис (AntiSys). AntiSys предотвращает чрезмерную реакцию иммунной системы, которая в противном случае мешала бы росту и размножению растения.

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

Паслёновые растения, такие как томаты, обладают удивительно тонко настроенной защитной системой, оберегающей их от вредителей и патогенов. Сигнальная молекула Системин играет в этом процессе центральную роль. Когда, например, насекомые наносят повреждения при питании, Системин запускает клеточные защитные реакции. Растение затем производит вещества, которые специфически нарушают работу пищеварительной системы атакующих, так что те больше не могут усваивать поглощённые питательные вещества.

Однако, подобно иммунной системе человека, постоянная или неконтролируемая активация опасна. Она может серьёзно нарушить нормальный рост и развитие.

AntiSys блокирует рецептор Системина

Исследовательская группа обнаружила ранее неизвестного антагониста Системина: пептид антиСис. Этот небольшой белок напоминает Системин по структуре, но действует как ингибитор высокочувствительного рецептора Системина SYR1.

«AntiSys связывается с тем же рецептором, что и Системин, но без его активации. Поскольку антиСис преобладает в здоровых растениях, он занимает рецептор и тем самым обеспечивает бездействие иммунной системы», — объясняет профессор Андреас Шаллер из Университета Хоэнхайма.

«Однако, когда растение атакуют насекомые, Системин образуется и высвобождается в больших количествах. Это приводит к конкурентному вытеснению на рецепторе SYR1: Системин связывается, рецептор активируется, и запускаются иммунные реакции».

AntiSys держит иммунные реакции под контролем

Важность антиСис демонстрируют растения, у которых отсутствует этот пептид. С помощью технологии CRISPR/Cas9 исследователи создали мутантов, которые не производили антиСис. Эти растения показали значительно замедленный рост, давали меньше плодов, а в некоторых случаях демонстрировали тяжелые аномалии развития.

«Эти эффекты являются результатом неконтролируемой активации иммунной системы. Если антагонист антиСис отсутствует, даже самых малых количеств Системина достаточно для активации рецептора и инициации защитных реакций», — говорит руководитель исследования профессор Георг Феликс из Центра молекулярной биологии растений (ZMBP) Тюбингенского университета.

«Однако, если мы также удалим рецептор, растения остаются здоровыми, несмотря на отсутствие антиСис».

У томатов есть несколько активирующих Системинов — и антиСис

Но антиСис был не единственным новым открытием:

«Долгое время считалось, что Системин — единственная молекула своего рода у паслёновых растений. Мы теперь обнаружили, что помимо гена Системина, в томате существует целый кластер генов, кодирующих четыре структурно схожих пептида (или их белки-предшественники)», — говорит Лей Ван, совершивший это открытие будучи аспирантом в лаборатории профессора Феликса.

«Три из этих пептидов похожи на Системин по своей активности: они также запускают иммунные реакции. Только антиСис — и это самый захватывающий аспект — имеет прямо противоположную функцию: антагонист подавляет иммунные реакции».

Исследователи нашли антиСис и у родственных паслёновых культур, таких как баклажан, картофель и перец, что указывает на важную функцию, сохранённую в ходе эволюции.

«Наше открытие поднимает вопрос о том, существуют ли подобные антагонисты и у других видов растений — и можно ли их целенаправленно использовать для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур при сохранении энергичного роста», — говорит профессор Феликс.

Параллели с иммунной системой человека

Исследователи видят поразительные параллели с иммунной системой человека, в которой специальные антагонисты смягчают эффекты активирующих цитокинов, чтобы удерживать воспалительные реакции в балансе. Если антагонист отсутствует, баланс нарушается, что приводит к аутоиммунным заболеваниям, таким как ревматоидный артрит или хронические воспалительные заболевания кишечника, таких как болезнь Крона и язвенный колит.

У томатов антиСис выполняет эту задачу, поддерживая баланс между защитой и здоровым ростом.

«Без антиСис рост и развитие нарушаются, подобно хронической воспалительной реакции: рецептор «случайно» активируется, приводя к иммунным реакциям, даже хотя атаки насекомых нет», — объясняет профессор Феликс.

Больше информации: Лей Ван и др., Антагонист рецептора уравновешивает множественные фитоцитокины системина в томате, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.044

Источник: University of Hohenheim

ИИ: Это фундаментальное открытие в области биологии растений, которое не только углубляет понимание иммунных механизмов томатов, но и открывает перспективы для сельского хозяйства. Возможность точечно регулировать баланс между защитой и ростом с помощью пептидов вроде антиСис может привести к созданию более устойчивых и продуктивных сортов культурных растений без использования генной модификации в традиционном её понимании. Интересно, найдут ли подобные механизмы у других важных сельскохозяйственных культур.