空間的および単一を使用した植物病原体の相互作用の理解

Communications Biology volume 6、記事番号: 814 (2023) この記事を引用

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植物はさまざまな病原体や微生物と接触しています。 過去 30 年にわたる熱心な研究の結果、モデルおよび作物種における複数の免疫受容体が同定され、さらに表面局在免疫受容体と細胞内免疫受容体におけるシグナル伝達の重複が特定されました。 しかし、植物が空間的および細胞的解像度で多様な病原体にどのように反応するかについて、科学者はまだ限定的な理解しか持っていません。 単細胞、単核および空間技術における最近の進歩は、植物と病原体の相互作用に適用できるようになりました。 ここでは、これらの技術の現状を概説し、将来的に対処できる未解決の生物学的問題に焦点を当てます。

植物は、宿主細胞を調節してその成長と蔓延を可能にするさまざまな病原体に感染する可能性があります。 病原体は、感染の過程で変化する可能性があるさまざまな操作戦略を展開します。 これらの戦略には、植物の防御抑制のほか、定着と栄養素の放出を促進するための毒素や分解酵素の導入が含まれます1。 一部の病原体は植物組織に直接侵入して侵入することができますが、他の病原体は傷や自然の開口部から侵入します。 ベクター媒介病原体は、穿刺吸汁昆虫のさまざまなグループによって血管組織に直接送達される可能性があります。 組織侵入の各メカニズムは、病原体をさまざまな種類の細胞および組織に接触させます1、2、3。

葉では、異なる病原体感染段階が同時に観察されます4。 植物内の病原体の分布は均一ではなく、不均一な症状の発現を引き起こします5、6、7。 植物と病原体の相互作用を調査するこれまでの研究のほとんどは、植物全体または複雑な組織タイプを使用して実施されました。 単一細胞応答と組織全体の応答の間には大きな違いがあり、組織レベルで観察される応答は、病原体を標的とした細胞と非標的細胞の間で発生する振動の平均であることが示唆されています8。 最近の技術の進歩により、科学者は植物や病原体の反応を単一細胞解像度または空間的コンテキストで調査できるようになりました9、10、11。 これらの進歩により、組織内の細胞反応と変動についてのより全体的な理解が促進されるでしょう。

植物は、表面局在パターン認識受容体 (PRR) と細胞内ヌクレオチド結合ロイシンリッチリピート受容体 (NLR) からなる自然免疫系を持っています12。 PRR は、保存された微生物および損傷に関連する分子パターン (それぞれ MAMP および DAMP) を認識することができ、その結果、PRR 誘発免疫 (PTI) が引き起こされます。 植物 NLR 免疫受容体は、細胞内の分泌された病原体エフェクターを認識し、エフェクター誘発免疫 (ETI) を誘導します12。 PRR と NLR は構造的に異なり、異なる病原体成分​​を認識できますが、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ (MAPK) カスケード、カルシウム流入、活性酸素種 (ROS) のバースト、転写再プログラミング、および植物ホルモンシグナル伝達13. 最近、PTI と ETI が相互に増強して強力な耐性を媒介することが示されました 14,15。 単細胞技術と空間技術の進歩により、病原体を標的とした細胞や隣接する細胞における細胞反応を解明できる可能性があります。

免疫シグナル伝達は広範囲に研究されていますが、科学者はさまざまな植物組織にわたる免疫受容体の空間発現についてまだ理解していません。 長年にわたり、私たちはすべての植物細胞には免疫能があると考えていました。 最近、シロイヌナズナの根域の限られたサブセットのみが、損傷がなければフラジェリン MAMP に直接反応することが証明されました 16,17。 病気の進行を調節する機構を理解するには、感染過程における応答能力のある植物細胞の詳細な特性評価が必要です。