未知肽揭秘番茄的防御秘密，植物如何自我保护

番茄植物拥有一个复杂的系统来保护自己免受草食性动物的侵害：信号肽系统素（Systemin）触发了一系列植物防御反应。

来自图宾根大学和斯图加特霍恩海姆大学的研究团队现在发现，番茄植物拥有一种之前未知的天然Systemin拮抗剂，名为antiSys。AntiSys防止防御系统过度反应，这样会影响植物的生长和繁殖。

这个发现让我们对植物免疫有了更深入的了解，并表明不仅仅是防御信号，还有它们的天然拮抗剂，对于平衡生长和防御至关重要。 研究结果已发表在Cell上。

像番茄这样的茄科植物，拥有一个非常精细的防御系统，保护它们免受害虫和病原体的侵害。信号分子Systemin在这个过程中发挥着核心作用。例如，当昆虫造成进食损害时，Systemin会触发细胞防御反应。植物随后会产生一些特定的物质，来破坏攻击者的消化系统，使其无法利用摄入的营养物质。

然而，与人类免疫系统类似，持续或失控的激活是危险的。它可能严重妨碍正常的生长和发育。

AntiSys 阻断 Systemin 受体

研究团队现在发现了一种之前未知的 Systemin 拮抗剂：肽 antiSys。这个小蛋白的结构与 Systemin 相似，但它是高度敏感的 Systemin 受体 SYR1 的抑制剂。

“AntiSys 结合到与 Systemin 相同的受体上，但不激活它。因为 antiSys 在健康植物中占主导地位，它会占据受体，从而确保免疫系统保持不活跃，”霍恩海姆大学的安德烈亚斯·沙勒教授解释道。

“然而，当植物受到昆虫攻击时，Systemin 会大量产生并释放。这导致 SYR1 受体发生竞争性置换：Systemin 结合后，受体被激活，免疫反应随之触发。”

抗Sys在免疫反应中的调控作用

抗Sys的重要性在缺乏这种肽的植物中得到了体现。研究人员使用CRISPR/Cas9技术创造了不产生抗Sys的突变体。这些植物的生长显著减缓，果实数量减少，甚至在某些情况下出现了严重的畸形。

“这些影响源于免疫系统的失控激活所致。如果缺少作为拮抗剂的抗Sys，即使是极少量的系统素也能激活受体并引发防御反应，”研究负责人、图宾根大学植物分子生物学中心（ZMBP）的乔治·费利克斯教授说。

“不过，如果我们去掉受体，植物在缺少抗Sys的情况下仍然能保持健康。”

番茄中有多种激活系统素和抗Sys

但抗Sys并不是唯一的发现：“长期以来，人们认为系统素是茄科植物中唯一的这种分子。我们现在发现，除了系统素基因，番茄中还有一个完整的基因簇，编码四种结构相似的肽（或其前体蛋白），”这一发现的博士生王磊说，他是在费利克斯教授的实验室中做出这一发现的。

“这三种肽的活性与系统素相似：它们也会触发免疫反应。只有抗系统素——这也是最令人兴奋的地方——具有完全相反的功能：拮抗剂抑制免疫反应。”

研究人员在相关的茄科作物中发现了抗系统素，如茄子、土豆和辣椒，这表明这一重要功能在进化过程中得以保留。

“我们的发现引发了一个问题：其他植物物种中是否也存在类似的拮抗剂——以及它们是否可以专门用于提高作物的抗性，同时保持良好的生长，”费利克斯教授说。

与人类免疫系统的相似之处

研究人员发现与人类免疫系统有很大的相似性，在人类免疫系统中，特殊的拮抗剂会减弱激活细胞因子的效果，以保持炎症反应的平衡。如果缺少拮抗剂，平衡就会被打破，导致类风湿关节炎、克罗恩病和溃疡性结肠炎等自身免疫性疾病。

在番茄中，抗Sys通过维持防御与健康生长之间的平衡来完成这一任务。“如果没有抗Sys，生长和发育就会受到干扰，类似于慢性炎症反应：受体会被‘意外’激活，导致免疫反应，尽管没有昆虫攻击，”费利克斯教授说。

由霍恩海姆大学提供的研究