Ранее неизвестный пептид проливает свет на то, как томаты регулируют свою защиту

Фото из открытых источников

Растения томата обладают сложной системой защиты от травоядных животных: сигнальный пептид системин запускает каскад защитных реакций растений.

Группа исследователей из Тюбингенского университета и Хоэнхаймского университета в Штутгарте обнаружила, что растения томата обладают ранее неизвестным природным антагонистом системина под названием antiSys. AntiSys предотвращает чрезмерную реакцию защитной системы, которая в противном случае могла бы помешать росту и размножению растений.

Это открытие расширяет наше понимание иммунитета растений и демонстрирует, что не только защитные сигналы, но и их естественные антагонисты играют решающую роль в балансе роста и защиты. Результаты опубликованы в журнале Cell.

Паслёновые растения, такие как томаты, обладают удивительно тонкой защитной системой от вредителей и патогенов. Сигнальная молекула системин играет в этом процессе центральную роль. Например, когда насекомые повреждают растения, системин запускает клеточные защитные реакции. В результате растение вырабатывает вещества, которые специфически повреждают пищеварительную систему нападающих, лишая их возможности усваивать полученные питательные вещества.

Однако, как и в случае с иммунной системой человека, постоянная или неконтролируемая активация опасна. Она может серьёзно нарушить нормальный рост и развитие.

Исследовательская группа обнаружила ранее неизвестный антагонист системина: пептид antiSys. Этот небольшой белок напоминает системин по своей структуре, но действует как ингибитор высокочувствительного рецептора системина SYR1.

«AntiSys связывается с тем же рецептором, что и Systemin, но не активирует его. Поскольку antiSys преобладает в здоровых растениях, он занимает рецептор и тем самым обеспечивает неактивность иммунной системы», — объясняет профессор Андреас Шаллер из Университета Хоэнхайма.

Однако при нападении насекомых на растение системин образуется и высвобождается в больших количествах. Это приводит к конкурентному замещению рецептора SYR1: системин связывается, рецептор активируется, и запускается иммунный ответ.

Важность анти-Sys подтверждается на примере растений, у которых этот пептид отсутствует. Используя технологию CRISPR/Cas9, исследователи создали мутанты, не продуцирующие анти-Sys. У этих растений наблюдалось значительное замедление роста, уменьшение количества плодов, а в некоторых случаях наблюдались серьёзные пороки развития.

«Эти эффекты возникают в результате неконтролируемой активации иммунной системы. Если антагониста antiSys нет, даже минимального количества Systemin достаточно для активации рецептора и запуска защитных реакций», — говорит руководитель исследования, профессор Георг Феликс из Центра молекулярной биологии растений (ZMBP) Тюбингенского университета. «Однако если мы также удалим рецептор, растения останутся здоровыми, несмотря на отсутствие антиSys».

Но antiSys был не единственным новым открытием: «Долгое время считалось, что системин — единственная молекула такого рода в растениях семейства паслёновых. Теперь мы обнаружили, что, помимо гена системина, в томате существует целый кластер генов, кодирующих четыре структурно схожих пептида (или их белков-предшественников)», — говорит Лэй Ван. «Три из этих пептидов по своей активности напоминают системин: они также запускают иммунные реакции. Только antiSys — и это самый интересный аспект — имеет прямо противоположную функцию: антагонист подавляет иммунные реакции».

Исследователи обнаружили antiSys также в родственных культурах семейства пасленовых, таких как баклажаны, картофель и перец, что указывает на важную функцию, сохранившуюся на протяжении эволюции.

«Наше открытие поднимает вопрос о том, существуют ли аналогичные антагонисты у других видов растений и можно ли их специально использовать, чтобы сделать сельскохозяйственные культуры более устойчивыми, сохраняя при этом интенсивный рост», — говорит профессор Феликс.

Исследователи видят поразительные параллели с иммунной системой человека, где особые антагонисты подавляют действие активирующих цитокинов, поддерживая баланс воспалительных реакций. Отсутствие антагониста приводит к нарушению баланса, что приводит к аутоиммунным заболеваниям, таким как ревматоидный артрит, или хроническим воспалительным заболеваниям кишечника, таким как болезнь Крона и язвенный колит.

В томатах antiSys выполняет эту задачу, поддерживая баланс между защитой и здоровым ростом. «Без antiSys рост и развитие нарушаются, подобно хронической воспалительной реакции: рецептор „случайно“ активируется, что приводит к иммунному ответу, даже если нападения насекомых не происходит», — объясняет профессор Феликс.