近日，受Trends in Plant Science邀請，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心主任闕友雄研究員和美國南卡羅來納大學(xué)傅正擎教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合發(fā)表了題為

Balancing defense and growth: antagonist of systemin receptor

A receptor antagonist counterbalances multiple systemin phytocytokines in tomato

系統(tǒng)素是最早在番茄中發(fā)現(xiàn)的一種植物信號肽，由一個不含氨基端分泌信號肽的前體蛋白，經(jīng)蛋白水解釋放出含有18個氨基酸的活性小肽來發(fā)揮功能，被視為植物免疫的“警報器”。當(dāng)植物葉片遭受病害脅迫或機(jī)械損傷時，系統(tǒng)素能夠迅速激活植物系統(tǒng)性的防御反應(yīng)，誘導(dǎo)蛋白酶抑制劑等防御蛋白的表達(dá)，從而增強(qiáng)植物的抗性。該過程依賴于細(xì)胞表面的系統(tǒng)素受體SYR1與共受體SERK蛋白家族的協(xié)同作用：系統(tǒng)素與SYR1高親和力結(jié)合后，招募SERK共受體形成免疫復(fù)合體，啟動下游防御信號通路。在動物中，系統(tǒng)素作為免疫激活子啟動免疫反應(yīng)，而系統(tǒng)素拮抗肽則抑制免疫反應(yīng)，防止自身免疫疾病的發(fā)生，二者間的動態(tài)平衡是機(jī)體實(shí)現(xiàn)有效防御且避免自我損傷的關(guān)鍵。在植物中，盡管已發(fā)現(xiàn)多種植物小肽可作為拮抗肽參與免疫調(diào)控，但植物能否利用拮抗肽維持免疫穩(wěn)態(tài)仍屬未解之謎。

圖1 番茄中抗炎因子系統(tǒng)素的受體拮抗劑可有效調(diào)節(jié)免疫平衡（Wang et al., 2025）

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，番茄葉片粗提物不僅未能引發(fā)系統(tǒng)素下游的細(xì)胞外堿化反應(yīng)，反而抑制了外源系統(tǒng)素誘導(dǎo)的堿化效應(yīng)，提示番茄體內(nèi)可能存在一種天然的系統(tǒng)素活性抑制劑。通過活性引導(dǎo)的生物化學(xué)分離與純化，團(tuán)隊(duì)最終鑒定出一條由76個氨基酸構(gòu)成的多肽，其C末端與系統(tǒng)素序列高度相似，且表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制活性。進(jìn)一步地，研究人員合成了包含C端16個氨基酸的短肽（AKFPTPPGKRPGPTIG），將其命名為antiSYS。功能驗(yàn)證表明，antiSYS能顯著抑制系統(tǒng)素觸發(fā)的多種免疫響應(yīng)，包括細(xì)胞外堿化，活性氧爆發(fā)，乙烯生物合成，防御相關(guān)基因表達(dá)。值得注意的是，antiSYS與系統(tǒng)素以相近的親和力競爭結(jié)合SYR1受體，但兩者引發(fā)的下游事件截然不同：系統(tǒng)素結(jié)合受體SYR1后，繼續(xù)招募SERK共受體并形成免疫激活復(fù)合體，而antiSYS雖能結(jié)合SYR1，卻無法招募任何SERK共受體；當(dāng)antiSYS濃度較高時，甚至?xí)钄嘞到y(tǒng)素誘導(dǎo)的受體-共受體復(fù)合體組裝（圖1）。上述結(jié)果揭示了antiSYS通過“占位不激活”機(jī)制競爭受體結(jié)合并阻斷共受體招募，該機(jī)制與動物白細(xì)胞介素-1家族細(xì)胞因子受體的拮抗劑作用模式高度相似，反映了免疫調(diào)控在不同生物間的保守性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)除了antiSYS外，該家族中還有三個成員（SYS2/3/4）在關(guān)鍵功能殘基上保守，與系統(tǒng)素（SYS1）一樣，可作為激動劑激活免疫反應(yīng)，甚至在低濃度下誘導(dǎo)更強(qiáng)的乙烯合成與活性氧爆發(fā)。這表明番茄可能通過一個小型多肽基因家族，實(shí)現(xiàn)對免疫信號的精細(xì)調(diào)控，既包含激活信號（SYS1-4），也包含抑制信號（antiSYS）。為深入驗(yàn)證antiSYS的生理功能，研究利用CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建了antiSYS基因敲除突變體（asy）。該突變體表現(xiàn)出植株矮小，葉片斑駁壞死，開花結(jié)實(shí)率顯著下降等典型的免疫失衡與生長缺陷表型；而在系統(tǒng)素受體缺失的植株中，并未出現(xiàn)上述癥狀，證實(shí)了antiSYS在植物中發(fā)揮緩沖系統(tǒng)素過度激活、維持免疫穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵作用（圖2）。由此可見，植物體內(nèi)存在一套精密的調(diào)控免疫與生長的天平，即通過激動-拮抗配對信號分子，精細(xì)調(diào)控免疫穩(wěn)態(tài)，避免防御應(yīng)答的過度激活。這一發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了動植物在免疫系統(tǒng)調(diào)控策略上令人驚嘆的趨同進(jìn)化。

圖2 植物“精密天平”調(diào)控生長與免疫的作用機(jī)制

中國熱帶作物學(xué)會遺傳育種專業(yè)委員會主任/熱帶作物生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室甘蔗創(chuàng)新部牽頭人/中國熱科院生物所/海南省甘蔗學(xué)會理事長闕友雄研究員和美國南卡羅來納大學(xué)生物科學(xué)系傅正擎教授為該論文共同通訊作者；中國熱科院甘蔗中心青年研究員吳期濱博士為第一作者，趙婉瑩助理研究員為共同作者。該文章得到了美國國家自然科學(xué)基金、國家熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)中心科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、熱帶作物生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合資助。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.tplants.2025.11.015

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.07.044