Ранее неизвестный пептид проливает свет на то, как растения томата регулируют свою защиту.

от

Растения томата обладают сложной системой защиты

Растения томата имеют сложную систему защиты от травоядных: сигнальный пептид Systemin запускает каскад защитных реакций растения.

Научная группа из Тюбингенского университета и Университета Хоэнхайм в Штутгарте обнаружила, что растения томата обладают ранее неизвестным естественным антагонистом Systemin — пептидом 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 для баланса между ростом и защитой важны не только сигналы защиты, но и их естественные антагонисты. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.

Тонкая настройка защитной системы

Паслёновые растения, такие как томаты, имеют удивительно точно настроенную систему защиты от вредителей и патогенов. Сигнальная молекула Systemin играет в этом процессе центральную роль. Когда, например, насекомые наносят повреждения при питании, Systemin запускает клеточные защитные реакции. Затем растение производит вещества, которые специально нарушают работу пищеварительной системы вредителей, чтобы они больше не могли использовать поглощённые питательные вещества.

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

Научная группа обнаружила ранее неизвестного антагониста Systemin — пептид antiSys. Этот небольшой белок по структуре напоминает Systemin, но действует как ингибитор высокочувствительного рецептора Systemin — 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 Хоэнхайм.

«Однако, когда растение подвергается нападению насекомых, Systemin образуется и высвобождается в больших количествах. Это приводит к конкурентному вытеснению у рецептора SYR1: Systemin связывается, рецептор активируется, и запускаются иммунные реакции».

Важность antiSys

Важность antiSys продемонстрирована на примере растений, у которых отсутствует этот пептид. Используя технологию CRISPR/Cas9, исследователи создали мутантов, которые не продуцировали antiSys. Эти растения показали значительно сниженный рост, произвели меньше плодов, а в некоторых случаях имели серьёзные деформации.

«Эти эффекты являются результатом неконтролируемой активации иммунной системы. Если отсутствует antiSys как антагонист, даже малейшие количества Systemin достаточны для активации рецептора и запуска защитных реакций», — говорит руководитель исследования, профессор Георг Феликс из Центра молекулярной биологии растений (ZMBP) в Тюбингенском университете.

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

Но antiSys — не единственное новое открытие: «Долгое время считалось, что Systemin — единственная молекула такого рода в паслёновых растениях. Теперь мы обнаружили, что помимо гена Systemin в томате есть целый кластер генов, кодирующих четыре структурно похожих пептида (или их предшественники)», — говорит Лэй Ван, сделавший это открытие, будучи докторантом в лаборатории профессора Феликса.

«Три из этих пептидов по своей активности напоминают Systemin: они также запускают иммунные реакции. Только antiSys — и это самый интересный аспект — имеет точно противоположную функцию: антагонист подавляет иммунные реакции».

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

«Наше открытие поднимает вопрос о том, существуют ли подобные антагонисты и в других видах растений, и можно ли их специально использовать для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур, сохраняя при этом их рост», — говорит профессор Феликс.

Исследователи видят поразительные параллели с иммунной системой человека, в которой специальные антагонисты ослабляют действие активирующих цитокинов, чтобы поддерживать баланс воспалительных реакций. Если антагонист отсутствует, баланс нарушается, что приводит к аутоиммунным заболеваниям, таким как ревматоидный артрит или хронические воспалительные заболевания кишечника, такие 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 иммунным реакциям, даже если нет нападения насекомых», — объясняет профессор Феликс.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте