Урожай будущего: как открытие немецких ученых сделает помидоры дешевле и доступнее

Что, если растения ведут постоянную и невидимую для нас войну, обладая собственной сложной иммунной системой, тонкий баланс которой только начал открываться учёным? Именно это и происходит в мире паслёновых культур, таких как знакомый всем томат. Их защита от вредителей — это не просто пассивное сопротивление, а высокоорганизованный молекулярный арсенал, ключевым игроком в котором долгое время считался сигнальный пептид системин.

Однако, как и любая мощная система защиты, она нуждается в строгом контроле, чтобы не навредить самому растению. Группа исследователей из Тюбингенского и Хоэнхаймского университетов (Германия) совершила прорывное открытие, обнаружив у растений томата природный "предохранитель" — пептид-антагонист под названием antiSys. Это открытие кардинально меняет наше понимание иммунитета растений.

Как работает природный "предохранитель" растений

Растения томата, а также их родственники — баклажаны, картофель и перец, — обладают удивительным защитным механизмом. Когда насекомое начинает повреждать лист, растение выпускает сигнальную молекулу — системин. Она запускает целый каскад реакций, в результате которых вырабатываются вещества, нарушающие пищеварение вредителя, буквально лишая его питательных веществ.

Но что мешает этой системе срабатывать случайно и постоянно, истощая ресурсы растения? Эту роль и выполняет открытый учёными пептид antiSys. Он обладает структурой, очень похожей на системин, но выполняет прямо противоположную функцию.

"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.

Только в случае реальной атаки, когда системин высвобождается в больших количествах, он вытесняет антагониста с рецептора SYR1. Это конкурентное замещение активирует защиту именно тогда, когда это действительно необходимо.

Цена отсутствия баланса: что показали эксперименты

Чтобы доказать роль antiSys, исследователи с помощью технологии генного редактирования CRISPR/Cas9 создали линии растений томата, которые не могли производить этот пептид. Результаты были впечатляющими и наглядными: у мутантов наблюдалось серьезное отставание в росте, уменьшение количества плодов и различные пороки развития.

Причина такого состояния — в неконтролируемой работе иммунной системы.

"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.

Учёные подтвердили свою гипотезу, показав, что если удалить и рецептор SYR1 вместе с antiSys, растения остаются здоровыми.

Эволюционная сохранность и удивительные параллели

Любопытный факт: долгое время системин считался уникальной молекулой. Однако новое исследование показало, что ген системина в томате — часть целого кластера генов, кодирующих четыре схожих пептида. Три из них, подобно системину, активируют иммунитет, и только один — antiSys — его подавляет.

"Только antiSys — и это самый интересный аспект — имеет прямо противоположную функцию: антагонист подавляет иммунные реакции", — говорит Лэй Ван.

Более того, этот "предохранительный" механизм оказался эволюционно сохранным, так как antiSys был обнаружен и у других паслёновых культур.

Исследователи проводят поразительную параллель с иммунной системой человека. В нашем организме также существуют специальные антагонисты, которые подавляют активирующие цитокины, предотвращая хронические воспаления и аутоиммунные заболевания, такие как ревматоидный артрит или болезнь Крона.

"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.

Это открытие открывает новые горизонты для сельского хозяйства. Понимание того, как балансировать защиту и рост, может привести к созданию более устойчивых культур, которые будут эффективно противостоять вредителям, не жертвуя при этом своей продуктивностью.