番茄系统素受体拮抗剂antiSYS的发现揭示植物免疫稳态调控新机制

本研究针对植物免疫激活与生长发育的平衡调控机制这一关键科学问题，通过鉴定番茄中首个植物细胞因子系统素(SYS1)的天然抑制剂antiSYS，揭示了其作为竞争性受体拮抗剂调控SYR1信号通路的分子机制。研究人员发现antiSYS基因与3个新型激动剂SYS2/3/4形成基因簇，其缺失会导致番茄自发性炎症表型，该发现为理解植物与动物的免疫稳态调控进化保守性提供了新视角。

在植物与环境的持续互动中，免疫系统的精确调控关乎生存与繁衍的终极平衡。番茄作为模式植物，其系统素(systemin, SYS1)是最早发现的植物细胞因子(phytocytokine)，通过SYR1/2受体激活防御反应。然而，与动物IL-1家族类似，植物如何避免过度免疫反应导致的"自伤"始终是未解之谜。这项发表于《Cell》的研究，犹如发现植物免疫系统的"刹车装置"，揭示了受体拮抗剂antiSYS通过精密调控系统素信号网络维持免疫稳态的分子图景。

研究团队采用多学科交叉方法：通过活性导向纯化从番茄细胞中分离抑制因子；运用合成肽扫描鉴定关键功能域；建立稳定表达SYR1/2的烟草体系进行受体特异性分析；采用CRISPR-Cas9构建番茄突变体；结合RNA-seq分析基因表达谱；通过共免疫沉淀验证受体-共受体互作。所有实验均使用番茄栽培种MoneyMaker(MM)和M82及其衍生突变体。

​​番茄细胞含有拮抗性系统素样多肽​​

意外发现番茄叶片提取物非但不诱导系统素响应，反而抑制其活性。通过多步色谱分离和质谱鉴定，锁定76个氨基酸的多肽A0A494G9G5，其C端16肽(antiSYS)与系统素相似度达43%，能以0.2 nM的K_i竞争性抑制系统素活性。

​​antiSYS抑制系统素响应并干扰植物防御​​

10 nM antiSYS可完全阻断系统素诱导的ROS爆发和乙烯合成。RNA-seq显示antiSYS能逆转系统素诱导的89%差异表达基因。用antiSYS处理叶片使烟草天蛾(Manduca sexta)幼虫体重增加35%，证实其削弱植物抗虫性。

​​antiSYS作为系统素受体拮抗剂阻止共受体招募​​

结构域交换实验揭示第15-16位的Ile-Gly是拮抗活性的关键。结合实验显示antiSYS与系统素以相同亲和力(K_d~6 nM)竞争SYR1结合位点，但不影响低亲和力受体SYR2。共免疫沉淀证明antiSYS通过阻断SYR1与SERK1/3A/3B共受体的复合物形成抑制信号转导。

​​番茄在pro-antiSYS基因簇中编码三种激动性系统素​​

染色体定位发现pro-antiSYS与4个旁系同源基因成簇排列，其中SYS2/3/4的C端肽段均为SYR1激动剂，诱导更强的乙烯合成(较SYS1高2-3倍)。值得注意的是，pro-antiSYS在根中组成型表达，而SYS2/3/4可被系统素诱导。

​​antiSYS对植物生长繁殖至关重要​​

CRISPR敲除株系asy-1.2呈现严重矮化，结实率下降90%。asy-2突变体出现嵌合表型，17%后代表现叶片斑驳、器官畸形等自炎症症状，这些表型在asy-2×syr1×syr2三突变体中完全消失，证实表型依赖SYR1/2介导的信号过度激活。

这项研究揭示了植物与动物在免疫调控策略上的惊人趋同：如同IL-1受体拮抗剂(IL-1Ra)调控人体炎症反应，番茄通过antiSYS精确制衡系统素信号。其创新性体现在三方面：发现首个植物细胞因子天然拮抗剂；揭示多系统素基因簇的协同进化；阐明受体拮抗缺陷导致的自炎症机制。这些发现为作物抗病育种提供新靶点——通过调控antiSYS表达水平，可能实现防御与生长的精准平衡。正如作者Georg Felix指出："植物与动物虽相隔10亿年进化，却演化出相似的免疫刹车系统，这是自然选择最优雅的证明。"