Trends Plant Sci | 免疫穩態：植物免疫與生長調控的“精密天平”

近日，受Trends in Plant Science邀請，中國熱帶農業科學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傅正擎教授團隊聯合發表了題為

Balancing defense and growth: antagonist of systemin receptor

A receptor antagonist counterbalances multiple systemin phytocytokines in tomato

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

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

研究團隊發現，番茄葉片粗提物不僅未能引發系統素下游的細胞外堿化反應，反而抑制了外源系統素誘導的堿化效應，提示番茄體內可能存在一種天然的系統素活性抑制劑。通過活性引導的生物化學分離與純化，團隊最終鑒定出一條由76個氨基酸構成的多肽，其C末端與系統素序列高度相似，且表現出強烈的抑制活性。進一步地，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。功能驗證表明，antiSYS能顯著抑制系統素觸發的多種免疫響應，包括細胞外堿化，活性氧爆發，乙烯生物合成，防御相關基因表達。值得注意的是，antiSYS與系統素以相近的親和力競爭結合SYR1受體，但兩者引發的下游事件截然不同：系統素結合受體SYR1后，繼續招募SERK共受體并形成免疫激活復合體，而antiSYS雖能結合SYR1，卻無法招募任何SERK共受體；當antiSYS濃度較高時，甚至會阻斷系統素誘導的受體-共受體復合體組裝（圖1）。上述結果揭示了antiSYS通過“占位不激活”機制競爭受體結合并阻斷共受體招募，該機制與動物白細胞介素-1家族細胞因子受體的拮抗劑作用模式高度相似，反映了免疫調控在不同生物間的保守性。此外，研究還發現除了antiSYS外，該家族中還有三個成員（SYS2/3/4）在關鍵功能殘基上保守，與系統素（SYS1）一樣，可作為激動劑激活免疫反應，甚至在低濃度下誘導更強的乙烯合成與活性氧爆發。這表明番茄可能通過一個小型多肽基因家族，實現對免疫信號的精細調控，既包含激活信號（SYS1-4），也包含抑制信號（antiSYS）。為深入驗證antiSYS的生理功能，研究利用CRISPR/Cas9技術構建了antiSYS基因敲除突變體（asy）。該突變體表現出植株矮小，葉片斑駁壞死，開花結實率顯著下降等典型的免疫失衡與生長缺陷表型；而在系統素受體缺失的植株中，并未出現上述癥狀，證實了antiSYS在植物中發揮緩沖系統素過度激活、維持免疫穩態的關鍵作用（圖2）。由此可見，植物體內存在一套精密的調控免疫與生長的天平，即通過激動-拮抗配對信號分子，精細調控免疫穩態，避免防御應答的過度激活。這一發現填補了動植物在免疫系統調控策略上令人驚嘆的趨同進化。

圖2 植物“精密天平”調控生長與免疫的作用機制

中國熱帶作物學會遺傳育種專業委員會主任/熱帶作物生物育種全國重點實驗室甘蔗創新部牽頭人/中國熱科院生物所/海南省甘蔗學會理事長闕友雄研究員和美國南卡羅來納大學生物科學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基金、國家熱帶農業科學中心科技創新團隊、熱帶作物生物育種全國重點實驗室的聯合資助。

文章鏈接：

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

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